Brasileiro de 18 anos, que já ganhou mais de 60 prêmios, é o inventor do aparelho ‘Hermes Braindeck’
Antes, em meados de 2006, um professor da universidade de Cambridge (Adrian Owen) colocou várias pessoas inicialmente classificadas como vegetativas e comatosas em um equipamento de ressonância magnética funcional (que mede circulação sanguínea no cérebro) e pediu para que elas modulassem sua atividade cerebral para responder perguntas com “sim” e “não”. O resultado assombrou toda a comunidade médica: 20% delas foram capazes de se comunicar.
Porém, isso ainda não é empregado, porque o equipamento de ressonância magnética funcional custa milhões, ocupa uma sala só para ele e necessita de um programa especial. Segundo, fica inviável até mesmo para o hospital que tem este equipamento, realizar tal tipo de intervenção que implicaria no deslocamento de pacientes em quadros muito delicados, mobilizaria uma equipe grande, levaria muito tempo e custaria muito.
Luiz Fernando
Luiz Fernando da Silva Borges, aos 18 anos, sul-matogrossense foi o vencedor da Intel International Science and Engineering Fair (Intel ISEF) ao apresentar o projeto Hermes Braindeck, um aparelho criado para ajudar na comunicação de pacientes em coma ou estado vegetativo.
Os primeiros testes com o Hermes Braindeck devem acontecer na Santa Casa de Campo Grande (MS), mas ele já está em negociações com o Hospital Albert Einstein, também.
Na entrevista abaixo, Luiz Fernando conta detalhes do desenvolvimento do aparelho, o futuro do dispositivo e ainda revela curiosidades sobre sua infância, trajetória e demais criações.
O que é e como funciona o Hermes Braindeck?
Luiz Fernando da Silva Borges: O método usado hoje em dia nos hospitais ao redor mundo para classificar o nível de consciência de pessoas que sofreram algum tipo de trauma cranioencefálico, que é a Escala de Coma de Glasgow, é ineficaz algumas vezes. Há casos em que a pessoa está totalmente consciente, mas não consegue movimentar seus músculos, logo não pode mover os olhos, membros ou falar. Para tentar contornar esse problema, eu propus criar um dispositivo portátil capaz de detectar se a pessoa consegue responder a comandos, sem que a pessoa mova um músculo, apenas usando seus pensamentos.
Nosso cérebro funciona com pulsos elétricos. Assim, com uma touca de eletroencefalograma (EEG), que é como uma série de antenas no couro cabeludo, eu consigo capturar esses pulsos elétricos e enviar para um programa de computador que reconhece padrões nestes pulsos. Cada pensamento que temos gera um padrão. Então, eu consigo orientar uma pessoa classificada como comatosa ou vegetativa, pelos métodos atuais, imaginar coisas específicas como um movimento de um membro para responder “sim” e o movimento de outro para responder “não”. Se a pessoa estiver escutando os comandos do computador, ela gerará estes pensamentos, que geram os pulsos distintos que o computador consegue reconhecer. O computador, então, transforma estes pensamentos em respostas para perguntas.
A outra novidade é que o programa de computador consegue guiar os pensamentos da pessoa para que estes sejam convertidos em palavras, sem o uso da visão. Característica esta inexistente mesmo nos trabalhos da literatura científica, pois as interfaces para pessoa paralisadas, como o prof. Hawking, por exemplo, dependem do uso da visão, inexistente nos pacientes comatosos e vegetativos. Todo o treinamento do programa para reconhecer estes pensamentos é feito automaticamente, e até mesmo a voz dos familiares do paciente, pode ser usada no programa.
E o que te motivou a criar o aparelho?
Depois de ingressar no curso técnico integrado em informática, percebi que várias ferramentas da robótica e da informática poderiam ser empregadas para a solução de problemas da área médica. Foi então que na metade de 2013, conheci o campo das interfaces cérebro-máquina, que é basicamente um conjunto de métodos de como podemos extrair sinais elétricos do cérebro, enviá-los para um programa de computador que os decodifica e os transforma em movimentos. A área relacionava tudo o que eu mais gostava e, além disso, foi inventada por um brasileiro, Miguel Nicolelis, que usou essa tecnologia para fazer um paciente paralisado dar o primeiro chute da copa do mundo de 2014. Desde então venho trabalhando com pesquisas que utilizam conceitos das interfaces cérebro-máquina.
Minha bisavó, com quem fui criado, ficou em coma por quase um mês antes de falecer. Sua filha, minha tia, disse que conseguia perceber que ela chorava quando ouvia sua voz, durantes as visitas no hospital. Isso aconteceu quando eu era pequeno e ainda lembro deste fato pois todos na família ficaram muito abalados com a perda. Quando eu conheci a área das interfaces cérebro-máquina e aprendi que era possível extrair sinais cerebrais e transformá-los em comandos motores para a aplicação na área da reabilitação motora, eu percebi que o mesmo princípio poderia ser usado para a comunicação com pessoas que aparentam estar em um estado vegetativo ou coma, mas na verdade estão apenas incapazes de movimentar qualquer músculo, inclusive os responsáveis pela fala e movimento dos olhos.
Há várias notícias online sobre pessoas que voltaram de um suposto estado vegetativo ou coma e dizem que eram capazes de ouvir e sentir seus arredores o tempo todo. Isso acontece, pois, a ferramenta que temos hoje para classificar o nível de consciência de pessoas que sofreram algum tipo de injúria cerebral, é datada dos anos 70 e conta apenas com uma escala que avalia atributos motores do paciente. Em alguns casos, o indivíduo está completamente capaz de entender as instruções, mas incapaz de realizá-las, fazendo com que pensem que este se encontra inconsciente. Uma ferramenta que analise o nível de responsividade a nível da atividade cerebral seria essencial para uma classificação mais acurada da responsividade destes tipos de pacientes.
Quais foram os estudos necessários para criar o Hermes Braindeck?
Na ciência nunca partimos do nada. Ela é uma corrida de bastão que uma pessoa pega este bastão, avança uma geração com ele e o entrega para a próxima continuar avançando, inovando. Em meados de 2006, um professor da universidade de Cambridge (Adrian Owen) colocou várias pessoas inicialmente classificadas como vegetativas e comatosas em um equipamento de ressonância magnética funcional (que mede circulação sanguínea no cérebro) e pediu para que elas modulassem sua atividade cerebral para responder perguntas com “sim” e “não”. O resultado assombrou toda a comunidade médica: 20% delas foram capazes de se comunicar.
Esta técnica foi proposta em 2006, mas ainda não é empregada por motivos óbvios. Descobri o porquê quando minha bisavó ficou em coma por uma semana antes de falecer e comecei a pesquisar se existia alguma maneira de conversarmos com ela. Primeiro que o equipamento de ressonância magnética funcional custa milhões, ocupa uma sala só para ele e necessita de um programa especial. Segundo, fica inviável até mesmo para o hospital que tem este equipamento, realizar tal tipo de intervenção que implicaria no deslocamento de pacientes em quadros muito delicados, mobilizaria uma equipe grande, levaria muito tempo e custaria muito. Ou seja, inviável.
Então, cruzei esta possibilidade de comunicação com a tecnologia desenvolvida pelo professor Nicolelis – que usou um EEG portátil para fazer um tetraplégico dar o primeiro chute da Copa do Mundo de 2014. Vislumbrei a possibilidade de aplicarmos a tecnologia, não para movimentarmos uma prótese, ou exoesqueleto, mas para nos comunicarmos com pessoas que estão em uma prisão dentro de seus corpos. O aparelho é portátil, automático, rápido e só demanda um técnico treinado para realizar a verificação de responsividade de um paciente em seu próprio leito. O programa consegue se adaptar a vários tipos de traumas cranioencefálicos, traçando uma estratégia de comunicação para cada caso, até permitindo com que estas pessoas soletrem frases.
Quanto tempo demorou para você ter o protótipo em mãos?
Devido ao apoio da iniciativa privada consegui em seis meses um grande volume de resultados de qualidade do projeto. No ano passado fui abordado por Ricardo Ferreira Nantes, criador do Portal Educação e membro da Anjos do Brasil, maior grupo de investimento de capital de risco do país, que disse ter se identificado com minha história.
Foi até engraçado, depois de me ouvir falar por 20 minutos sobre todas as coisas que eu já tinha feito, ele disse: “Ok, mas, what is next?” Eu disse: “Acho que sou capaz de fazer pessoas em coma e estado vegetativo se comunicarem”. Ele confiou em mim e de nossa parceria surgiu o projeto Hermes Braindeck.
Em que etapa o Hermes Braindeck está agora e o que devemos ver em breve em relação ao dispositivo?
Devido à legislação brasileira para pesquisa com seres humanos, todos os testes feitos até hoje com o projeto foram realizados em voluntários despertos que foram instruídos a não se movimentarem e permanecer de olhos fechados enquanto usavam apenas sua atividade cerebral para responder perguntas de conhecimento geral com “sim” e “não” e até mesmo soletrar palavras.
Com o alto índice de acerto do programa em decodificar os pensamentos dos voluntários, a pesquisa foi inscrita para a avaliação ética, por um comitê que verificará a possibilidade de sua aplicação em pacientes inicialmente classificados em estado vegetativo e coma.
A tecnologia da Hermes Braindeck vai balançar os pilares da medicina de tratamento intensivo em todo o mundo. Questões éticas dignas apenas de obras de ficção científica virão à tona pois, pela primeira vez, pessoas acreditadas inconscientes serão capazes de se comunicar com o mundo exterior respondendo perguntas e soletrando palavras.
Com certeza vários debates éticos florescerão no início das atividades da Hermes Braindeck e isso ocorrerá dentro de 2 anos.
Como foi vencer o Intel ISEF deste ano? E o que pretende fazer com o dinheiro?
Além do prestígio atingido, com tão pouca idade, fazendo ciência e não jogando futebol ou cantando, foi mostrar para o mundo todo que é possível almejar grandes feitos independentemente das circunstâncias. Durante todo este tempo fiz e conquistei coisas como um cidadão de Aquidauana, na maior Planície Alagável do mundo (Pantanal), sob a luz do Cruzeiro do Sul, que meus pares residentes nas grandes metrópoles não chegaram perto de realizar. Com isso, meu recado é sempre muito claro: não importa o que você quer fazer, sonhe alto, pois mesmo que você não atinja seu objetivo, o caminho em busca dele lhe trará coisas muito mais grandiosas que a realização plena de um sonho medíocre.
Minha maior investidora de todos os tempos sempre foi minha mãe. Minha instituição de ensino oferece o mínimo de suporte necessário para a realização de uma pesquisa de alto impacto, por isso, desde 2013 não tenho mais presente de aniversário, natal ou outra data comemorativa. Eu peço que ela e outros familiares me deem peças de equipamentos e materiais para a condução de pesquisas. Então quando ganho algum dinheiro procuro realizar um payback àqueles que verdadeiramente contribuem para minhas conquistas. Depois disso, reservo o resto para investimentos simples para a faculdade.
Você já havia participado anteriormente do prêmio, certo? O que você apresentou e quais foram os resultados?
Minha primeira vez representando o Brasil na maior feira de ciências e engenharia do mundo para estudantes pré-universitários foi em 2015, com a versão mais barata e melhorada de um equipamento existente no mercado (termociclador) para amplificação de DNA. Com esta amplificação de DNA é possível detectar vírus, fazer testes de paternidade e análises forenses criminais. A versão do mercado custa em torno de R$ 40 mil. Eu usei materiais alternativos e construí um no meu quarto por R$ 850. A minha versão do equipamento tinha uma melhoria no controle de temperatura (como a amplificação do DNA é feita) que técnicos de laboratório reportaram como um erro importante a ser corrigido.
Por causa disso, fui reconhecido pela Associação dos Estados Americanos OEA, como tecnologia inovadora para o desenvolvimento das Américas. Em 2016, inspirado nas pesquisas do professor Nicolelis sobre interfaces cérebro-máquina e um episódio da série House sobre membros fantasma, tive um insight que me fez criar uma nova metodologia para transformar sinais elétricos musculares em comandos motores para uma prótese robótica.
Meu método possibilitou que sinais elétricos musculares extraídos do coto de um amputado transradial (amputação abaixo do cotovelo) pudessem ser convertidos para o controle direto, independente e contínuo das dez articulações da mão humana. Precisão suficiente para digitar em um teclado e realizar tarefas que exigem mais coordenação. Depois disso, criei uma versão virtual de um truque muito famoso de festas, ou de mágica, chamado “Ilusão da mão de borracha”, para reinserir no cérebro dos amputados a noção de novamente sentir sensações como temperatura, textura e força em um braço que eles perderam.
O projeto foi considerado o melhor do mundo na área de engenharia biomédica, na Intel ISEF 2016. Ganhou o “Best of Category”, “First Award” e o “Philip V. Streich Memorial Award”. ALém disso, o “MIT Lincoln Laboratory’, por meio do programa Ceres Connnection, batizou um asteroide com meu nome (33503 Dasilvaborges).
Em cerca de 30 anos de participação do Brasil nesta feira foi a primeira vez que alcançamos estes resultados.Com a premiação deste ano, totalizo 63 prêmios de feira de ciências em meu cv científico,
Sei que você sempre estudou em escola pública, mas pretende estudar em grandes instituições americanas, certo?
Já no ensino fundamental eu queria me envolver com atividade de pesquisa científica, porém, como estudava em uma pequena escola municipal, os professores não podiam me oferecer suporte para tanto. Foi então que eu soube, logo saindo do ensino fundamental, que havia sido implantado na cidade um Instituto Federal de Educação, que oferecia o ensino médio integrado com o ensino técnico. Como uma das tarefas principais de um estudante de um IF é desenvolver pesquisa, eu soube naquele momento que eu deveria conseguir entrar em um. Estudei durante as férias inteiras para o exame de seleção e fui aprovado em primeiro lugar no curso técnico integrado em informática.
Meu primeiro interesse pela instituição era pela oportunidade de desenvolver pesquisas, por isso escolhi um curso um pouco desconhecido, mas, ao mesmo tempo, o que mais tinha relação com coisas que eu gostava. Por causa das disciplinas do curso, aprendi ferramentas como a programação e robótica, que foram as bases que me fizeram capaz de conduzir minhas pesquisas na área da neuroengenharia.
Para seguir no campo da pesquisa em neuroengenharia, pretendo estudar neurociência e engenharia biomédica, considerando as melhores universidades nestas áreas como prioridade: Johns Hopkins, Stanford, Duke, MIT, Harvard, Carnegie Mellon, University of Pennsylvania, Yale e Columbia. Quero estudar conexões artificiais entre cérebros para o tratamento de doenças ou até comunicação.
Imagine um dispositivo que pudesse fazer uma pessoa cega enxergar pelos olhos de outra ou até mesmo um dispositivo que faça uma pessoa surda usar a capacidade do cérebro de outrem para pensar e até falar pela boca de outra pessoa. Ou levar o ditado “duas cabeças pensam melhor que uma” a sério e conectar mentes para trabalharem simultaneamente em problemas como computadores orgânicos
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