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Cérebro de Vidro

Imagens da atividade do cérebro sob efeito de música em tempo real resultam de combinação de técnicas

Cortesia do Laboratório Neuroscape, University of California, San Francisco
MENTE: O antigo percussionista da banda Grateful Dead, Mickey Hart, usou um capacete de EEG com 64 eletrodos e um conjunto de realidade virtual Oculus Rift para demonstrar o Neurodrummer e o Glass Brain na Conferência de Tecnologia GPU da NVIDIA, em março. Isso permitiu que o público assistisse a uma representação visual de seus sinais cerebrais enquanto ele tocava. Hart foi acompanhado por Tim Mullen, cientista-chefe do projeto Glass Brain.
Por Larry Greenemeier

O ex-percussionista da banda Grateful Dead, Mickey Hart, tem orgulho de seu cérebro. Grandes animações tridimensionais e anatomicamente realistas representando o funcionamento interno de sua massa cinzenta e branca apareceram em telas de vídeo em várias conferências de ciência e tecnologia.

Essas visualizações do “Glass Brain” (Cérebro de Vidro, literalmente) usam avançados sistemas de imageamento e computação para representar em detalhes coloridos as rotas de fibra que fazem o cérebro de Hart funcionar.

Os pesquisadores por trás do projeto esperam que ele também forme a base de um novo tipo de ferramenta para diagnosticar e tratar transtornos neurológicos.

Cada animação do Glass Brain sobrepõe dados de eletroencefalografia (EEG) coletados em tempo real a imagens de ressonância magnética (RM) – nesse caso, de Hart – para ilustrar como diferentes áreas cerebrais se comunicam entre si.

Algoritmos especiais codificados em software reconstroem digitalmente essa atividade dentro do cérebro. O resultado é um tour cerebral que captura tanto o momento quanto a localização de sinais cerebrais.

Hart demonstrou o Glass Brain em uma conferência de computadores em San Jose, Califórnia, em março deste ano enquanto jogava um videogame chamado NeuroDrummer no palco.

O baterista está trabalhando com o Studio Bee de  animação digital, em San Francisco, e também com os criadores do Glass Brain para transformar o NeuroDrummer em uma ferramenta que pode determinar se ensinar alguém a sustentar uma batida de bateria pode ajudar a melhorar os sinais neurais responsáveis pela cognição, memória e outras funções.

A equipe do Glass Brain inclui a University of California, o Laboratório Neuroscape de San Fracisco, o Centro Swartz para Neurociência Computacional de San Diego, a produtora de EEG, Cognionics, Inc., e a NVIDIA, produtora de chips de computador extremamente rápidos para unidades de processamento gráfico (GPU), que recebeu a conferência onde Hart se apresentou.

Hart vestiu um capacete preto de EEG e assumiu o palco durante o encerramento da conferência para demonstrar um protótipo do NeuroDrummer.

O jogo parecia uma versão terapêutica do popular Guitar Hero, criando um tipo bem diferente de jam session para Hart.

Ele usou um conjunto de realidade virtual Oculus Rift enquanto tocava uma bateria eletrônica e parecia viajar por um estranho reino digital que lembrava o espaço sideral.

Suas tentativas de manter a batida eram frequentemente interrompidas pela necessidade de realizar outra tarefa – nesse caso, destruir asteroides virtuais com a ponta do dedo.  

O público da conferência assistiu à ação em duas telas de vídeo do tamanho de paredes na parte de trás do palco.

A primeira mostrava o que Hart estava vendo em seu capacete, enquanto a outra mostrava o Glass Brain em ação. A ressonância magnética do cérebro de Hart – obtida antes da demonstração – ondulava com feixes de cor representando diferentes frequências de atividade neural coletadas pelo conjunto de EEG enquanto ele jogava.

Pesquisadores colocam eletrodos de EEG na cabeça das pessoas há 90 anos para medir os sinais elétricos que pulsam pelo cérebro em frequências diferentes enquanto células cerebrais se comunicam umas com as outras.

Característica fundamental de como nossos cérebros funcionam, essa comunicação se relaciona a habilidades de ordem mais alta como atenção, memória e percepção, explica Adam Gazzaley, diretor-fundador do Centro de Imageamento de Neurociência na University of California, San Fracisco, e diretor tanto do Glass Brain quanto do NeuroDrummer.

A capacidade de integrar dados de EEG e RM dessa forma é relativamente nova, possibilitada em anos recentes pelo desenvolvimento de algoritmos mais sofisticados para decodificar a atividade neural e o uso de GPUs – originalmente projetadas para renderizar gráficos complexos de videogames – para processar rapidamente dados ao vivo.

Aparelhos de EEG podem detectar sinais cerebrais de milissegundos, ainda que não forneçam muitas informações sobre como esses sinais se originam. É aí que entra a ressonância magnética: esses aparelhos são muito mais lentos para captar pulsos neurais, mas conseguem localizar com precisão a atividade neural ao registrar as mudanças relativamente  lentas no fluxo sanguíneo cerebral.

O interesse de Hart em neurociência é estranhamente adequado.

Como um jovem músico, ele teve um papel literalmente instrumental na vanguarda do movimento da contracultura, nos anos 1960, que desafiou o pensamento convencional em muitas áreas e introduziu a psicodelia para o público geral.

Agora Hart está envolvido em um novo movimento para expandir a mente, ou pelo menos nossa compreensão dela – dessa vez decodificando os mistérios do cérebro com a ajuda de sensores, scanners e software.

Essa é uma busca pessoal para Hart, que viu sua avó sofrer com a doença de Alzheimer. Hart declarou que a importância de ritmos cerebrais se tornou clara para ele pela primeira vez há quase 40 anos, enquanto tocava bateria para sua avó. “Ela não falava nada havia anos”, contou ele. “Eu toquei a bateria, ela falou meu nome.

Isso é poder. Isso é medicina. Quando vi aquilo, eu soube que vibrações, nesse caso a música, reconectaram aquelas rotas destruídas e fizeram com que ela falasse de novo, trouxeram sua cognição de volta, pelo menos enquanto eu tocava”.  

No laboratório, Gazzaley e sua equipe estão trabalhando para garantir que essas visualizações representem eventos cerebrais distintos que sejam interpretáveis em tempo real. “Nós vamos determinar como produzir esses sutis sinais da melhor forma possível, e o quanto eles são consistentes entre testes e entre indivíduos”, declara ele.

Gazzaley já demonstrou o Glass Brain várias vezes desde a conferência da NVIDIA, e atualmente está trabalhando com sua equipe para avaliar o desempenho do projeto até agora. Talvez o maior do sucesso do Glass Brain, de acordo com ele, seja a maneira como o projeto educa o público sobre o estudo do funcionamento do cérebro.

Scientific American 29 setembro 2014