Como o cérebro converte pensamentos em palavras e possibilita a comunicação

Como seria o mundo se conseguíssemos transformar nossos pensamentos em palavras sem precisar falar? Parece coisa de filme de ficção, mas a ciência está cada vez mais perto de entender como o cérebro converte pensamentos em palavras, acredita?

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) conduziram um estudo para entender melhor como o cérebro processa a fala interna. O estudo foi realizado por Sarah K. Wandelt, David A. Bjånes, Kelsie Pejsa, Brian Lee, Charles Liu e Richard A. Andersen, e foi publicado na revista Nature Human Behaviour em maio de 2024.

Estudos como este são importantes porque para muitas pessoas com dificuldades de fala, já que a incapacidade de se comunicar pode levar à frustração e ao isolamento social. E com tecnologias que decodificam a voz interior, essas pessoas poderiam:

• Expressar pensamentos e emoções de maneira mais fácil e direta.
• Participar de conversas de forma mais ativa e integrada, melhorando sua qualidade de vida.

Portanto, essas descobertas são um passo importante para desenvolver tecnologias que permitam traduzir pensamentos em palavras, abrindo novas possibilidades para a Comunicação Alternativa. Gostou? Então, continue lendo para entender detalhes do estudo e o que os resultados representam para a comunicação humana.

O que é fala interna e como ela funciona?

A fala interna é aquele diálogo silencioso que acontece dentro da nossa cabeça, também conhecida como voz interior. É muito comum essa comunicação intrapessoal acontecer, por exemplo, quando você está lendo um livro e ouvindo mentalmente cada palavra sem mover os lábios, ou quando está se preparando para uma apresentação e ensaiando mentalmente o que vai dizer.

• É comum e natural: praticamente todo mundo experimenta a fala interna em algum momento.
• Pode variar de pessoa para pessoa: algumas pessoas têm uma fala interna mais ativa e constante, enquanto outras a utilizam de maneira mais esporádica.
• Ligação com a leitura: quando lemos, muitas vezes transformamos as palavras escritas em um discurso mental, o que nos ajuda a entender e memorizar melhor o conteúdo.

Compreender a fala interna é importante para avanços em diversas áreas, especialmente em tecnologias assistivas que buscam melhorar a comunicação de pessoas com dificuldades de fala.

Isso porque a nossa voz interior envolve uma série de processos cognitivos complexos. Quando pensamos em palavras ou frases, várias áreas do cérebro são ativadas para simular o ato de falar. É como se estivéssemos “ensaiando” a fala, mas sem emitir nenhum som.

Esse processo nos ajuda a planejar o que vamos dizer e a refletir sobre nossos pensamentos e é parte importante do nosso dia a dia. Com a fala interna podemos:

• Planejar e organizar nossos pensamentos: antes de falar em voz alta, muitas vezes “ensaiamos” mentalmente o que queremos dizer.
• Resolver problemas: ao enfrentar um desafio, conversamos mentalmente conosco mesmos para encontrar soluções.
• Regular emoções: nos ajuda a processar e entender nossas emoções, nos dando uma forma de “conversar” sobre nossos sentimentos.

O Estudo

Dois homens com tetraplegia participaram do estudo Representation of internal speech by single neurons in human supramarginal gyrus; eles perderam a capacidade de movimentar os membros, mas ainda podiam participar de atividades cerebrais normais. E apesar de ser um estudo muito específico e com pouquíssimos participantes, as descobertas são bem interessantes.

Os pesquisadores monitoraram os participantes durante todas as fases de atividades cerebrais para entender como o cérebro lida com a fala interna e a fala vocalizada. Para isso, eles utilizaram os seguintes métodos, conforme descrito no estudo:

• Implantes de microeletrodos: pequenos eletrodos foram implantados em duas áreas do cérebro (giro supramarginal e córtex somatossensorial primário) para registrar a atividade elétrica.
• Coleta de dados: a atividade elétrica captada pelos eletrodos foi amplificada, filtrada e convertida para um formato digital, permitindo uma análise bem detalhada.
• Identificação de sinais neurais: os pesquisadores identificaram os sinais importantes (potenciais de ação) definindo um limiar específico para detectar esses sinais nos dados coletados.
• Análise de disparos neurais: as taxas de disparo dos neurônios (ou seja, quão frequentemente os neurônios “disparam” sinais) foram calculadas e suavizadas para estimar a atividade neural ao longo do tempo.
• Decodificação dos sinais: modelos matemáticos foram usados para interpretar os padrões de atividade neural e decodificar as palavras que os participantes estavam pensando ou falando.
• Monitoramento de áudio: dados de áudio foram gravados simultaneamente para garantir que os participantes não estivessem falando em voz alta durante a tarefa de fala interna, ajudando a manter a precisão dos dados neurais.

Essas técnicas permitiram aos pesquisadores monitorar e analisar a atividade cerebral dos participantes de maneira detalhada, possibilitando a decodificação da fala interna e vocalizada a partir dos sinais neurais registrados.

Com estes métodos, os participantes foram convidados a realizar tarefas que envolviam tanto a fala interna quanto a fala vocalizada. E, para isso, eles usaram seis palavras reais (todas em inglês) e duas palavras inventadas para essas tarefas.

• Palavras Reais: Battlefield (campo de batalha), Cowboy, Python, Spoon (colher), Swimming (natação), Telephone (telefone).
• Palavras Inventadas: Nifzig, Bindip.

Principais Descobertas

Essas descobertas abrem portas para o desenvolvimento de tecnologias que poderiam ajudar pessoas com dificuldades de fala a se comunicarem usando apenas seus pensamentos. Olha só um resumo do que foi descoberto…

1. Atividade cerebral: os pesquisadores descobriram que a atividade no giro supramarginal (SMG) foi significativa tanto para a fala interna quanto para a fala vocalizada. Isso significa que o SMG pode processar a fala silenciosa que pensamos, assim como a fala que realmente pronunciamos.
2. Decodificação de pensamentos: a equipe conseguiu decodificar as palavras que os participantes estavam pensando com uma boa taxa de acerto. Em análises feitas após os testes, a precisão média foi de 55% para um participante e 24% para o outro. Durante os testes ao vivo, a precisão média foi de 79% e 23%, respectivamente. Esses resultados mostram que é possível decodificar pensamentos com base na atividade cerebral, embora a precisão varie entre os indivíduos.
3. Diferença entre fala interna e vocalizada: enquanto o giro supramarginal (SMG) mostrou atividade para ambos os tipos de fala, o córtex somatossensorial primário (S1) só se ativou durante a fala vocalizada. Isso sugere que o S1 está mais envolvido nos movimentos necessários para falar do que no ato de pensar em palavras.
4. Codificação de Pseudopalavras: o estudo também mostrou que o SMG pode processar palavras inventadas (pseudopalavras), o que sugere que essa área do cérebro é capaz de codificar os sons das palavras, independentemente de serem palavras reais ou inventadas.

E como o cérebro converte pensamentos em palavras?

Vamos imaginar que nosso cérebro é como uma orquestra bem ensaiada, onde cada músico tem um papel específico, mas todos trabalham juntos para criar uma bela sinfonia. Transformar pensamentos em palavras é um pouco assim: envolve várias áreas do cérebro que precisam “tocar juntas” para que possamos nos expressar.

1. Origem dos pensamentos: tudo começa no córtex pré-frontal, que é a área do cérebro responsável pelo pensamento complexo e pela tomada de decisões. É aqui que nossos pensamentos surgem.
2. Planejamento da fala: depois que um pensamento é formado, ele precisa ser transformado em palavras. O córtex pré-frontal envia sinais para a área de Broca, localizada no lobo frontal, que é responsável por planejar e organizar o que queremos dizer. Pense na área de Broca como um maestro que decide quais instrumentos tocarão e quando.
3. Transformando pensamentos em palavras: agora, a área de Broca colabora com o giro supramarginal, uma parte do cérebro que ajuda a associar sons a palavras. É como se o maestro estivesse dando as instruções finais para cada músico. O giro supramarginal garante que as palavras certas sejam escolhidas para expressar nossos pensamentos.
4. Preparação para a fala: em seguida, o plano vai para o córtex motor, que é responsável por controlar os músculos que usamos para falar – como os da boca, língua e garganta. É a parte da orquestra onde os músicos realmente começam a tocar.
5. Execução da fala: finalmente, quando tudo está pronto, nossos músculos se movem de acordo com as instruções do córtex motor, e começamos a falar. Assim, nossos pensamentos se transformam em palavras que os outros podem ouvir e entender.

Mas e se quisermos “falar” sem realmente fazer som, como na nossa voz interior? Nesse caso, os mesmos passos acontecem, mas os sinais ficam dentro do cérebro, sem acionar os músculos da fala. É como se a orquestra tocasse uma música silenciosa que só nós podemos ouvir.

Esses processos complexos acontecem tão rápido que muitas vezes nem percebemos. A ciência está apenas começando a desvendar esses mistérios, e estudos como o do Instituto de Tecnologia da Califórnia são essenciais para entender melhor esses mecanismos e criar tecnologias que possam ajudar quem tem dificuldades de fala a se comunicar de forma mais eficaz.

Mas qual é a novidade, afinal?

É importante diferenciar esta nova tecnologia de decodificação de fala interna das tecnologias assistivas já existentes, como a utilizada por Stephen Hawking, lembra?

Hawking utilizava um sistema baseado em um sintetizador de voz controlado por movimentos faciais, que lhe permitia selecionar palavras em um dispositivo por meio de contrações musculares mínimas. Embora revolucionário para sua época, este método dependia de movimentos físicos residuais que muitas vezes são difíceis ou impossíveis para pessoas com paralisia severa.

A nova tecnologia descrita no estudo do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) vai além, ao permitir que pensamentos sejam traduzidos diretamente em palavras através de interfaces cérebro-máquina (BMIs). Este sistema não depende de movimentos físicos, pois utiliza implantes de microeletrodos para registrar a atividade elétrica em áreas específicas do cérebro, decodificando a fala interna com alta precisão.

Isso não só amplia as possibilidades de comunicação para indivíduos com tetraplegia ou outras condições que limitam severamente a mobilidade, mas também oferecerá um meio de comunicação mais intuitivo e direto, uma vez que capta os pensamentos diretamente, sem a necessidade de intervenção motora.

Essa inovação pode proporcionar uma forma mais natural e rápida de comunicação, reduzindo o esforço mental e físico requerido pelas tecnologias anteriores. Além disso, a capacidade de decodificar pensamentos em tempo real promete uma comunicação mais fluida e uma participação mais ativa em interações sociais e profissionais.

E quais são as implicações para a Comunicação?

As descobertas deste estudo têm um enorme potencial para transformar a maneira como entendemos e usamos a comunicação, especialmente para pessoas com dificuldades de fala. Para dar apenas alguns exemplos, além da redução de frustração e isolamento que citei logo no início deste post, podemos ter:

1. Melhoria na Comunicação Alternativa

Pessoas que perderam a capacidade de falar devido a doenças como a Esclerose Lateral Amiotrófica (ALS) ou lesões cerebrais poderiam se beneficiar enormemente dessas descobertas.

Com base nestes dados, tecnologias baseadas em interfaces cérebro-máquina (BMIs) podem ser desenvolvidas para traduzir pensamentos diretamente em palavras, proporcionando um novo meio de comunicação.

Ou seja, além de ajudar pessoas com ALS, as interfaces cérebro-máquina (BMIs) também podem ser usadas por indivíduos com outras condições que afetam a comunicação, como paralisia cerebral ou afasia.

Benefícios para pessoas com Autismo

As descobertas deste estudo não se limitam apenas às pessoas com condições como ALS ou paralisia. Pessoas que se enquadram dentro do espectro autista também podem se beneficiar significativamente dessas tecnologias.

Muitos indivíduos enfrentam desafios na comunicação verbal, e a capacidade de traduzir pensamentos diretamente em palavras pode abrir novas possibilidades para uma comunicação melhor.

Como pode ajudar:

• Melhoria na expressão: pessoas com autismo que têm dificuldades em se expressar verbalmente poderiam usar dispositivos baseados em interfaces cérebro-máquina (BMIs) para comunicar seus pensamentos de maneira mais clara e direta.
• Redução do estresse: a dificuldade em se comunicar pode causar estresse e frustração. Tecnologias que facilitam a expressão dos pensamentos podem ajudar a reduzir esses sentimentos, proporcionando uma maneira mais tranquila de se comunicar.
• Maior inclusão: com a ajuda de BMIs, indivíduos com autismo podem participar mais ativamente de conversas e interações sociais, promovendo maior inclusão e integração em diferentes ambientes, como a escola e o trabalho.

Essas aplicações mostram o potencial abrangente das tecnologias de BMIs em melhorar a qualidade de vida de diversas pessoas com desafios na comunicação, incluindo aquelas no espectro autista.

2. Desenvolvimento de Novas Tecnologias

Com base na capacidade de decodificar a fala interna a partir da atividade neural no SMG, novos dispositivos de BMI podem ser projetados para serem mais eficientes e precisos. Esses dispositivos poderiam:

• Permitir comunicação fluida: ao decodificar pensamentos em tempo real, permite que pessoas com dificuldades de fala se comuniquem de maneira quase instantânea.
• Expandir vocabulário: com o tempo, os dispositivos poderiam aprender e reconhecer um vocabulário cada vez maior, incluindo palavras específicas ou jargões pessoais.

3. Personalização da Comunicação

A tecnologia também pode ser adaptada para as preferências individuais dos usuários, oferecendo diferentes estratégias de decodificação baseadas em como cada pessoa processa a fala interna. Por exemplo:

• Imaginação auditiva: para aqueles que “ouvem” as palavras em suas mentes.
• Imaginação visual: para aqueles que “veem” as palavras mentalmente.

4. Aplicações Futuras

E, claro, as implicações vão além da comunicação alternativa. A capacidade de decodificar a fala interna poderia ser usada em diversas áreas, como:

• Educação: ajudando estudantes com dificuldades de fala a participar mais ativamente das aulas.
• Trabalho: facilitando a comunicação no ambiente de trabalho para aqueles com deficiências.
• Entretenimento: criando novas formas de interação com tecnologias de realidade aumentada e virtual.

No meu ponto de vista, essas descobertas representam um avanço significativo na neurociência e na engenharia biomédica, oferecendo novas esperanças e possibilidades para melhorar a comunicação humana em várias esferas da vida.

Atenção às implicações éticas!

É claro que isso tudo aparenta ser algo maravilhoso. Mas não podemos esquecer que coletar informações diretamente do cérebro para transformar pensamentos em palavras é um assunto delicado. Afinal, como fica a privacidade das pessoas?

É importantíssimo que as tecnologias em desenvolvimento garantam que os dados neurais sejam protegidos contra acessos não autorizados e usos indevidos. E também é importante garantir que essa tecnologia seja acessível a todos, independentemente da condição socioeconômica.

Afinal, essa é uma descoberta e tanto para ajudar a promover a inclusão social! Ao permitir que pessoas que têm dificuldades de comunicação se expressem com facilidade, as interfaces cérebro-máquina (BMIs) podem reduzir o isolamento social e, claro, melhorar a qualidade de vida. Sem mencionar que a capacidade de se comunicar pode empoderar as pessoas, dando a elas maior autonomia e participação ativa no seu meio de convívio e na sociedade.

Enfim, o futuro das interfaces cérebro-máquina promete revolucionar a forma como nos comunicamos, especialmente para aqueles que enfrentam desafios significativos. Com avanços contínuos, essas tecnologias podem transformar vidas, promovendo inclusão e acessibilidade em um mundo cada vez mais interconectado.

De qualquer maneira, os resultados deste estudo abrem diversas oportunidades para o desenvolvimento de tecnologia que facilite a comunicação daqueles que têm dificuldades. Por isso, decidi trazer este assunto aqui no blog e espero que este conteúdo tenha sido útil!

Conclusão

As descobertas do estudo conduzido pelo Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) representam um avanço significativo na neurociência e na engenharia biomédica, abrindo novas possibilidades para a comunicação humana. A capacidade de decodificar a fala interna diretamente dos sinais neurais não só oferece esperança para pessoas com dificuldades de fala, mas também destaca o potencial transformador das interfaces cérebro-máquina (BMIs).

Comparada às tecnologias assistivas tradicionais, como a utilizada por Stephen Hawking, essa nova abordagem promete uma comunicação mais intuitiva e eficiente, eliminando a necessidade de movimentos físicos residuais. Com isso, pessoas com tetraplegia, ALS, autismo, entre outras condições, podem encontrar uma nova forma de se expressar e interagir com o mundo ao seu redor.

Além dos benefícios práticos imediatos, essas inovações nos convidam a refletir sobre as implicações éticas e a necessidade de garantir a privacidade e a acessibilidade universal dessas tecnologias. A promessa de uma comunicação mais inclusiva e acessível é um passo essencial para promover a inclusão social e melhorar a qualidade de vida de muitos indivíduos.

E o futuro das interfaces cérebro-máquina é promissor e emocionante. Com os avanços contínuos, essas tecnologias têm o potencial de revolucionar a comunicação humana, proporcionando maior autonomia, inclusão e participação ativa na sociedade. Ao continuarmos explorando e desenvolvendo essas inovações, estamos mais próximos de transformar pensamentos em palavras de maneira direta e eficiente, oferecendo esperança para aqueles que enfrentam desafios na comunicação.

Espero que este conteúdo tenha sido útil e inspirador, trazendo uma visão clara e acessível sobre os recentes avanços na decodificação da fala interna e suas possíveis aplicações. Fique de olho para mais atualizações e continue acompanhando nosso blog para descobrir as últimas novidades em tecnologias de comunicação.