Introdução

Em 1924, o professor da Universidade de Jena, Hans Berger, descobriu que é possível extrair sinais elétricos do cérebro através de componentes conectados ao couro cabeludo. Esta técnica futuramente seria chamada de Eletroencefalograma (EEG) e seria utilizada para pesquisas e diagnóstico clínico.

Figura 1.1 - Imagem enviada por Herbert Jasper para Hans Berger em 1938

O termo Brain Computer Interface (BCI) ou Interface cérebro-computador (ICC) traduzindo para português, foi usado pela primeira vez por Jacques Vidal em 1970 e refere-se ao sistema com o qual podem-se fazer a leitura dos sinais gerados pelo EEG, medindo o nível de atividade cerebral em determinadas regiões e substituir, restaurar, aumentar, suplementar ou melhorar as respostas aos estímulos do Sistema Nervoso Central (SNC). Atualmente, sabemos que o SNC é responsável por enviar sinais do cérebro para o meio externo, produzindo respostas neuromusculares ou hormonais. 

Podemos dividir as aplicações do BCI em 5 funções citadas abaixo:

• Substituir (Replace) as saídas naturais em caso de pessoas que tiveram algum dano ou doença, como no caso de pessoas que sofreram algum acidente e perderam algum membro. Com o BCI é possível substituir o membro por um sistema mecânico com o qual poderá mover ou até mesmo operar uma cadeira de rodas ou no caso da fala, onde é possível, através de um sintetizador de voz, recuperar suas funções vocais.

• Restaurar (Restore) as funções de quem sofreu um trauma na medula espinhal e acabou perdendo os movimentos dos braços onde estimula os músculos através do implante de eletrodos. Podemos citar o exemplo de uma pessoa que tenha perdido a função da bexiga devido a esclerose múltipla, estimulando os nervos periféricos e permitindo à pessoa, recuperar a função de urinar.

• Aumentar (Enhance) as respostas do SNC em casos, por exemplo, onde é necessária atenção constante, produzindo um feedback ao usuário no momento onde for detectado uma queda no nível de atenção. Isto pode ser utilizado por uma pessoa que precisa manter o nível de atenção durante uma viagem de carro longa para detectar uma possível sonolencia e alertar através de um sinal sonoro ou luminoso prevenindo acidentes.

• Suplementar (Supplement) os sinais do SNC em casos em que a pessoa perdeu seu potencial motor. Por exmplo, quando há perda das funções motoras do braço ou pernas, com o ICC, é possível criar uma perna mecânica que possa melhorar a resposta ao estímulo do membro, ou até mesmo controlar o clique de um mouse controlado pelas mãos suplementando as funções neuromusculares.

• Melhorar (Improve) as respostas do SNC para pessoas que sofreram algum trauma no cortex motor. Neste caso, podemos ajudar a recuperar as funções normais dos membros.

Na Figura 1.2 podemos ver o resumo dos 5 tipos aplicações do ICC:

Fonte: Wolpaw, Jonathan R., Brain Comptuer Interface, Oxford University Press, 2012.

Podemos dividir também o BCI em dependente e independente, onde ambos utilizam sinais cerebrais para controlar suas aplicações, porém, diferem-se na forma de dependencia do SNC. 

O BCI dependente como o próprio nome diz, depende da atividade muscular e é usada, por exemplo, em interface Visual Evoked Potential (VEP) para determinar a direção em que uma determinada pessoa está olhando e assim gerar um evento como o movimento de um mouse baseado nesse estímulo. 

Já no BCI independente, estes estímulos musculares gerados pelo SNC não são fundamentais. O foco nesta abordagem é a leitura das ondas eletromagnéticas geradas pela atividade cerebral, também chamados de sensorimotor rhythms (SRMs), que podem ser lidos utilizando EEG .

Atualmente existe o conceito de BCI Híbrido, no qual não  há esta separação, sendo usando os dois tipos (dependente e independente), além de outros parâmetros como referência, que resultarão nos outputs.