Sensores e IA recuperam capacidade de paciente com ELA se expressar

Sensores com recursos de Inteligência Artificial (IA) implantados no cérebro podem recuperar a capacidade de se expressar de forma inteligível em pacientes com esclerose lateral amiotrófica (ELA). A tecnologia, desenvolvida por pesquisadores da Escola de Medicina da Universidade de Stanford, na Califórnia (EUA), transmite sinais de algumas regiões do cérebro relacionadas à fala para um software que decodifica a atividade cerebral e a converte em texto exibido na tela de um computador.

A solução já foi testada em uma paciente com 68 anos, ex-diretora de recursos humanos que praticava hipismo diariamente. Foi diagnosticada com ELA, doença neurodegenerativa progressiva que ataca os neurônios que controlam os movimentos. No entanto, em alguns pacientes com ELA, a doença pode gerar dificuldades de fala. A paciente em questão não consegue mais usar os músculos dos lábios, língua, laringe e mandíbula para pronunciar os fonemas claramente.

Em uma cirugia, dois pequenos sensores foram implantados no córtex cerebral da paciente, a camada mais externa do cérebro. Os sensores ficaram lozalizados em duas regiões distintas, mas ambas trabalhando na produção da fala. São formados por matrizes quadradas de minúsculos eletrodos de silício, e cada conjunto contém 64 eletrodos, dispostos em grades de 8 por 8 e espaçados uns dos outros por uma distância de cerca de metade da espessura de um cartão de crédito. As matrizes são presas a finos fios de ouro que saem do crânio e conectados a um computador.

Esses sensores agem como uma interface entre o cérebro e o computador (iBCI – Intracortical Brain-Computer Interface, na sigla em inglês). Combinados com um software de decodificação, podem traduzir em palavras escritas a atividade cerebral que acompanha as tentativas de fala da paciente.

O algoritmo de IA recebe e decodifica as informações eletrônicas provenientes do cérebro da paciente, aprendendo a distinguir a atividade cerebral distinta associada às tentativas de pronunciar 39 fonemas que compõem o idioma inglês. Para treinar o algoritmo, a paciente passou por cerca de 25 sessões, cada uma com duração de aproximadamente quatro horas, nas quais tentou repetir frases escolhidas aleatoriamente extraídas de amostras de conversas entre pessoas falando ao telefone.

Cerca de um mês após a cirurgia, os pesquisadores iniciaram sessões duas vezes por semana para treinar o software que interpretava a fala da paciente. Depois de quatro meses, as tentativas de expressão se convertiam em palavras escritas na velocidade de 62 palavras por minuto, mais de três vezes mais rápido que o recorde anterior de comunicação assistida por BCI, segundo o grupo de cientistas.

“O ritmo de fala da paciente começa a se aproximar da velocidade natural de conversação, de aproximadamente 160 palavras por minuto entre falantes do idioma inglês”, afirma o cirurgião Jaimie Henderson, acrescentando que isso mostra que é possível decodificar a fala ao gravar a atividade de uma área muito pequena da superfície do cérebro.

Em 2021, Henderson e outros pesquisadores foram coautores de um estudo sobre a conversão bem-sucedida da caligrafia imaginada de uma pessoa paralisada em texto usando um iBCI, atingindo uma velocidade de 90 caracteres, ou 18 palavras, por minuto, um recorde mundial até então para uma metodologia iBCI.

Os resultados da pesquisa atual foram publicados em um artigo na Nature. Os pesquisadores alertam que o trabalho foi uma prova de conceito científica e não se trata de um dispositivo real que as pessoas possam usar na vida cotidiana, porém é um avanço para restaurar a comunicação rápida entre pessoas com paralisia que não conseguem falar.

Mercado de sensores médicos

O valor do mercado global de sensores médicos deverá atingir US$ 7,5 bilhões até 2032, crescendo a uma taxa anual composta de 13,4% durante o período de previsão, segundo o relatório da Emergen Research.

Essa classe de sensores é essencial nos cuidados de saúde mais modernos, que fazem o acompanhamento remoto de sinais vitais de pacientes com doenças crônicas, como frequência cardíaca, pressão arterial, temperatura, níveis de glicose e frequência respiratória, entre outros, tudo em tempo real a fim de facilitar o diagnóstico de vários tipos de condições médicas. Além disso, o crescimento da população idosa e a maior procura por cuidados de saúde em domicílio estão impulsionando a adoção de sensores médicos. Avanços nas tecnologias de sensores, como miniaturização, conectividade sem fio e designs vestíveis, também têm contribuído para o crescimento da demanda.

Segundo a pesquisa, esse mercado já está bastante consolidado, com poucos integrantes respondendo pela maior parte da receita. Diversas estratégias estão em andamento, como fusões e aquisições, acordos e contratos estratégicos em torno de processos de desenvolvimento, testes e lançamento de produtos.

Um dos principais desafios no mercado de sensores médicos são as rigorosas normas regulatórias que buscam garantir segurança, precisão e confiabilidade. Além disso, as questões envolvendo interoperabilidade e falta de padronização nos formatos de dados podem limitar o uso eficiente dos sensores para monitoramento e tomada de decisões. Segurança e privacidade são outras preocupações em torno dos dados gerados pelos sensores médicos. Esse cenário pode impor algumas barreiras à entrada de novos players e aumentar o tempo e o custo do desenvolvimento de produtos.