Neurocomputadores e a Medicina do Futuro

A humanidade está em constante busca para se tornar melhor do que já é. Um dos caminhos encontrados é o desenvolvimento tecnológico. Através dele, conseguimos criar métodos de melhorar nossa relação com a natureza. A medicina é uma área que se beneficia bastante desse desenvolvimento tecnológico e nós nos beneficiamos com isso também.

O desenvolvimento tecnológico da medicina não está só em criar máquinas e instrumentos para diagnóstico, mas também em utilizar o conhecimento sobre o corpo humano para criar melhores máquinas. Já existem pesquisas sobre computadores à base de DNA e existem outras para criarem computadores com neurônios, os neurocomputadores.

O cérebro é um órgão computacional.Computadores à base de Neurônios

O cérebro é um órgão computacional, ou seja, ele processa informações e calcula resultados tal qual um computador. Enquanto os computadores funcionam à base de microchips de silício, o cérebro funciona a base de neurônios interligados.

Os microchips de silício processam informações de forma linear, ou seja, recebem uma informação de um lado e devolvem uma informação de outro lado. Esses chips então são conectados linearmente e essa cadeia de processamento é o que faz o computador funcionar.

O cérebro humano funciona de uma forma ligeiramente diferente. Ele também recebe a informação de um lado e devolve outra informação de outro. Essa informação de entrada pode ser um estímulo de algum dos sentidos, como por exemplo, a visão, enquanto a informação de saída pode ser a instrução para movimentar um músculo. A diferença está que a relação entre os neurônios não é linear como nos computadores, mas acontece em uma rede múltipla, conhecida como Rede Neural.

Um neurônio tem vários dendritos, um corpo celular e um axônio. Clique na imagem para ver detalhes.O comportamento dos neurônios

Um neurônio é a menor unidade funcional do cérebro, sendo ele uma célula como qualquer outra do corpo. Ele sozinho é capaz de um microprocessamento suficiente para formar idéias, imagens e provocar ações. É claro que para comportamentos complexos, um neurônio só não é suficiente, sendo necessário um conjunto relativamente grande deles. Mas, para termos uma idéia, um neurônio apenas é suficiente para provocar um movimento de um músculo ou para sentir uma picada de mosquito.

O corpo de um neurônio é igual a qualquer outro corpo celular do corpo, com núcleo, DNA e organelas como a mitocôncria. O que diferencia o neurônio das outras células são a presença de dentritos, ou pequenos braços que recebem informação de outros neurônios, e dos axônios, ou um grande braço que envia informações para outros neurônios.

Os neurônios se comunicam entre si através de sinapses, um espaço microscópico entre uma terminação de um axônio e de um dentrito. Nesse espaço um axônio emite uma pequena molécula química chamada de neurotransmissor e o dentrito recebe, transformando essa informação química em um impulso elétrico que passa para o corpo do neurônio e depois é retransmitido para outras células através de seu axônio.

Os neurônios trocam informações nas sinapses.

Cada neurônio pode ser visto como um microchip independente, pois ele recebe informações de entrada e devolve uma informação de saída para outro neurônio. Pensando nisso, cientistas resolveram criar microchips com portas lógicas à base de neurônios.

Como funcionam as portas lógicas e as portas lógicas neuronais

Cada porta lógica processa um tipo de informação. Elas recebem dois estímulos e devolvem um tipo de resposta. A porta lógica mais comum é a porta AND. Caso ela receba dois estímulos em sua entrada, ela devolve um estímulo de saída. Caso contrário, ela não devolve nenhuma informação. Todas essas informações são em base binária, ou seja, em 0 ou 1.

As portas lógicas neuronais funcionariam de forma semelhante. Mas, ao invés de utilizar o processamento de um neurônio, utiliza-se de três. Dois deles recebem a informação e um terceiro devolve o resultado. Se esse terceiro neurônio receba o estímulo de ambos neurônios de entrada, ele apresenta uma resposta reconhecida pelo sistema como um 1. Caso contrário, não é emitido nada e o sistema reconhece isso como um 0.

Uma porta lógica à base de neurônios é a primeira peça de um neurocomputador.

Fonte: Elisha Moses Lab

É com base nessas portas lógicas neuronais que são desenvolvidos os neurocomputadores. Várias portas lógicas diferentes formam um microchip e com vários microchips formam as placas e processadores. Eles seriam como os computadores normais, mas trocariam os microchips de silício por microchips de neurônios.

Para que servem os neurocomputadores

Ainda não se sabe sobre o poder de processamento dos neurocomputadores, pois nenhum ainda foi completamente construído, mas estima-se que eles não serão mais potentes que os de silício. Sabe-se também que a velocidade de processamento dos neurocomputadores não é tão grande. Porém, como os neurônios conseguem formar redes neurais, é possível ter vários processamentos simultâneos.

Mas a grande vantagem deles seria sua aplicação na medicina. Atualmente existem diversas pesquisas médicas que tentam relacionar o corpo humano a máquinas. Talvez o mais comum deles seja o implante coclear.

A tecnologia dos neurocomputadores pode beneficiar usuários de implantes cocleares.Próteses tradicionais e as próteses neurais

Um implante coclear, como outras próteses neuronais, são pequenas máquinas ligadas ao corpo para exercer o funcionamento de um órgão que não funciona corretamente. No caso do implante coclear, um pequeno computador é implantado atrás da orelha para substituir o funcionamento da cóclea disfuncional. Ele capta os sons do ambiente e transforma em impulsos elétricos que estimulam as terminações nervosas presentes no ouvido interno da pessoa, substituindo assim as funções da cóclea natural.

Acontece que tanto esse, quanto outros implantes bioelétricos não possuem uma boa interface de relação com o corpo. Eles partem do pressuposto que o cérebro funciona a partir de impulsos elétricos e utiliza-se de estimulação elétrica nos neurônios de entrada do corpo para estimular o cérebro e fazer ele acreditar que o órgão realmente está lá ou está funcionando.

É justamente aí que um biochip ou um neurocomputador poderia entrar. Por seu circuito ser formado a partir de neurônios, a relação do computador da prótese com o corpo pode ser feita com uma interface muito mais natural. O chip de saída pode emitir o neurotransmissor necessário para estimular corretamente o neurônio do corpo. Com isso, pode-se criar computadores capazes de controlar braços e pernas postiças e esses serem controlados corretamente pelo cérebro do paciente através de uma interface de um neurocomputador.

Neurocomputadores podem ser utilizados fora da área médica.Outras aplicações fora da medicina

Além de servirem de interface para novos implantes biomecânicos, os neurocomputadores podem servir de base para a construção de outros computadores mais eficientes. É claro que existem algumas limitações para essa tecnologia biológica, porém, existem várias outras vantagens referentes a elas.

Um chip de silício é capaz de um processamento em velocidade centenas de vezes maior que um chip neural, porém, este é capaz de processamentos paralelos ou simultâneos, algo que um chip de silício não consegue. Para processamentos únicos, a vantagem seria dos processadores tradicionais, porém para cálculos mais complexos, os neurocomputadores seriam muito mais eficientes e poderiam levar muito menos tempo que os computadores tradicionais.Os neurocomputadores podem melhorar a relação homem-computador.

Por poderem ser organizados em redes neurais, os neurocomputadores são capazes de aprendizado, ou seja, podem corrigir seus erros através da experiência. Assim, quanto mais se usa um neurocomputador, menos erros ele comete. Isso melhoraria e muito sua utilização, inclusive em computadores pessoais.

Uma grande vantagem dos neurocomputadores é dificuldade de se contrair os tão temíveis vírus de computador. Vírus são softwares com funcionamento autônomo. Os programas em neurocomputadores não seriam instalados, mas sim aprendidos. Isso dificulta que um neurocomputador bem treinado aprenda a programação de um vírus.

Conclusão

Apesar de tudo isso, os avanços nas pesquisas dessa área são promissoras. Talvez suas melhores aplicações não sejam para o uso pessoal ou para você rodar seus jogos favoritos, mas sim para melhorar a qualidade de vida das pessoas propiciando próteses mais ergonômicas e controláveis e implantes que melhorem ou substituam sentidos deteriorados. Mas, como toda nova tecnologia, é necessário bastante tempo, estudo e pesquisas para saber até onde podemos ir com ela.

Original: Aqui!

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