Sete anos atrás, Michel Roccati desviou para evitar atropelar um animal enquanto andava de moto perto de Turim e bateu em um banco à beira da estrada. O acidente "explodiu os ossos das minhas costas", diz Roccati, cortando sua medula espinhal e interrompendo toda comunicação entre seu cérebro e suas pernas.
"Meus médicos me disseram na época que eu nunca seria capaz de ficar em pé novamente, quanto mais andar", diz Roccati, 32. Então ele ativa uma série de eletrodos que neurocirurgiões em Lausanne inseriram ao longo de sua medula espinhal em uma operação pioneira em 2020.
Seu corpo treme suavemente por um segundo ou dois e ele se levanta da cadeira, caminhando confiantemente pela sala, embora segurando um andador para se equilibrar.
"Todos os dias minha capacidade de andar melhora, à medida que meus músculos ficam mais fortes e meus nervos se regeneram gradualmente", diz ele.
Roccati é um dos muitos beneficiados por novas formas radicalmente diferentes de neurotecnologia, em desenvolvimento em laboratórios universitários e empresariais na Europa e na América do Norte, que usam implantes computadorizados para interagir com o cérebro humano e o sistema nervoso central.
Essas interfaces cérebro-computador (BCIs, na sigla em inglês) podem contornar impedimentos neurais que impedem pessoas gravemente incapacitadas por acidente ou doença de mover seus membros —e permitem que aqueles que não podem falar ou operar um teclado se comuniquem.
Em poucos anos, as BCIs poderiam se tornar um mercado de vários bilhões de dólares por ano, tratando pacientes com grave comprometimento motor por lesão ou doença, de acordo com Michael Mager, CEO da Precision Neuroscience, uma empresa médica de BCIs dos EUA.
As implicações a longo prazo são muito maiores. "Estamos criando uma ligação entre a inteligência humana e a inteligência artificial", diz Mager. "É possível que o único uso para essa conexão fundamental seja a paralisia, mas acho muito improvável."
Elon Musk fundou a Neuralink —a empresa de BCIs mais conhecida— em 2016 com o objetivo de desenvolver tecnologia de propósito geral para conectar cérebros humanos e máquinas.
Musk há muito fala sobre usar essas conexões para essencialmente fundir a inteligência humana com a IA. Por exemplo, ele afirma que aumentar significativamente a velocidade com que o cérebro pode absorver e comunicar informações pode superar o que ele vê como um dos principais limites para a capacidade dos humanos de acompanhar os avanços na inteligência artificial.
Mas, muito antes do futuro ciborgue que Musk sonha, muitos na área preveem que a tecnologia será usada de maneiras mais práticas para superar limitações físicas pessoais e melhorar o desempenho individual, por exemplo, ao aprimorar as capacidades visuais e auditivas das pessoas ou melhorar a memória.
"Estamos um pouco longe disso, mas não acho difícil imaginar ao longo do tempo essa tecnologia sendo adotada por pessoas que estão saudáveis", diz Mager, que cofundou a Precision em 2021 com Benjamin Rapoport, fundador da Neuralink.
Os desafios técnicos continuam altos. Coletar, exportar e interpretar sinais do cérebro ainda é uma ciência recente, enquanto a cirurgia cerebral invasiva necessária exclui o procedimento para todos, exceto pacientes gravemente incapacitados.
A neurocirurgiã Jocelyne Bloch diz que a nova onda de implantes neurais permite a comunicação bidirecional entre cérebro e dispositivo.
Ao mesmo tempo, a tecnologia levanta questões éticas profundas. "O lado médico já está bem protegido por reguladores e regulamentações existentes", diz Rafael Yuste, diretor do Centro de Neurotecnologia da Universidade de Columbia, em Nova York.
"Mas a tecnologia vai se expandir para o lado não médico", acrescenta, levantando novas questões significativas sobre até onde as pessoas devem ser autorizadas a ir para aprimorar suas habilidades mentais, por exemplo, suas memórias.
No entanto, no laboratório, usar sinais cerebrais para ativar computadores e outras máquinas —algo que até recentemente parecia ficção científica— está se tornando quase rotineiro, colocando a tecnologia em um caminho que poderia ter consequências de longo prazo.
"Este é um ponto de virada para a humanidade", diz Yuste. "Pela primeira vez, temos tecnologia que pode mudar a essência do que somos, entrando no cérebro, o órgão que gera todas as nossas habilidades mentais e cognitivas."
Neurocirurgiões ao redor do mundo têm implantado eletrodos no cérebro humano há décadas como tratamento para a doença de Parkinson e outros distúrbios de movimento, acalmando a atividade elétrica irregular responsável por alguns sintomas. Mais de 160 mil pacientes receberam "estimulação cerebral profunda" desse tipo.
Mas a nova onda de implantes neurais é muito mais sofisticada, permitindo a comunicação bidirecional entre cérebro e dispositivo, diz Jocelyne Bloch, neurocirurgiã do Hospital Universitário de Lausanne.
Ela operou Roccati e um paciente paraplégico, Gert-Jan Oskam, que tem dois implantes no cérebro e na coluna se comunicando sem fio por meio de uma "ponte digital". A demanda potencial é enorme.
Além de dar às pessoas paralíticas o poder de se comunicar e se mover novamente, os usos médicos podem variar desde o combate à perda de visão e audição até a melhoria do tratamento de dores crônicas e condições psiquiátricas, dando aos cuidadores uma imagem precisa e detalhada do que está acontecendo dentro do cérebro.
A Neuralink de Elon Musk, que arrecadou US$ 687 milhões em financiamento, é a empresa de neurotecnologia mais visível na mídia.
No entanto, poucos BCIs médicos foram implantados em humanos até agora, já que laboratórios acadêmicos e corporativos pioneiros avançam lentamente para provar sua segurança e eficácia.
"Nós avançamos com cautela, paciente por paciente", diz Henri Lorach, que conduz ensaios clínicos com Bloch em Lausanne.
Embora BCIs externos colocados na pele ou no couro cabeludo possam detectar e modular a atividade neural em certa medida, "a única maneira de registrá-la de forma sensível e por períodos prolongados é com um dispositivo colocado cirurgicamente sob o crânio", diz Leigh Hochberg, diretor do Centro de Neurotecnologia do Massachusetts General Hospital e do programa de pesquisa BrainGate BCI, em andamento há muito tempo.
Apenas cerca de 50 pacientes em todo o mundo receberam um implante cerebral protético de longo prazo desde o início da pesquisa clínica há 20 anos, estima Hochberg.
Para acelerar o desenvolvimento clínico, ele e colegas nos EUA criaram a Implantable BCI Collaborative Community este ano, com a participação da FDA, o órgão regulador dos EUA, como um participante-chave.
"Aprendemos muito com cada participante nesses ensaios clínicos piloto, então não acho que precisaremos de um grande número de participantes nos ensaios demonstrando segurança e eficácia antes de solicitar a aprovação regulatória", diz Hochberg.
"Talvez dezenas de pacientes, mas certamente não milhares que frequentemente participam de ensaios de novos medicamentos."
A Europa, em particular a Suíça, tem uma presença significativa na indústria de implantes de BCI. Duas empresas, Onward Medical e Neurosoft Bioelectronics, são spin-offs da École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), o principal centro acadêmico do continente para pesquisa em neurotecnologia.
Uma terceira, InBrain Neuroelectronics em Barcelona, está desenvolvendo implantes de grafeno —folhas de carbono com apenas um átomo de espessura que foram aclamadas após sua descoberta em 2004.
Mas especialistas dos dois lados do Atlântico concordam que as empresas de BCI americanas têm uma vantagem sobre seus homólogos europeus.
É mais fácil financiar e construir uma empresa duradoura nos EUA, diz Dave Marver, um líder de medtech americano que se juntou à Onward em Lausanne como CEO.
"Você tem um grande número de talentos de gestão nos EUA com mais experiência em comercializar globalmente, mais financiamento disponível lá e os regimes regulatórios diferem."
A FDA está mais preparada para aprovar ensaios clínicos de BCI do que seus homólogos europeus, diz Marver. Quando ele chegou à Onward em 2020, afirma, "não tínhamos nenhum local clínico ou planos para comercializar na Europa, por causa do custo e da complexidade."
Ele rapidamente mudou essa política. "Eu disse: 'Temos pessoas paralíticas aqui, temos sede aqui e vamos comercializar aqui'."
Entre meia dúzia de empresas americanas testando implantes de BCI, "Elon Musk é claramente nosso maior concorrente", diz Grégoire Courtine, que lidera a pesquisa de neurotecnologia da EPFL.
Mas ele insiste que a Onward, que arrecadou pouco mais de 170 milhões de euros desde sua fundação em 2014, pode igualar o desempenho da Neuralink de Musk, que arrecadou US$ 687 milhões em financiamento, de acordo com o PitchBook.
A Neuralink é a empresa de neurotecnologia mais visível na mídia —e a menos transparente. Ela se comunica por meio de tweets e postagens em blog. Após muitos testes em animais, o primeiro humano da Neuralink, o paraplégico de 30 anos Noland Arbaugh, recebeu seu implante Link no Barrow Neurological Institute, no Arizona, em janeiro.
Em vídeos e blogs postados pela Neuralink, Arbaugh entusiasmou-se com a maneira como o Link o permitiu controlar um cursor de computador. "Isso me deu a capacidade de fazer coisas por conta própria novamente sem precisar da minha família a toda hora do dia e da noite", disse ele.
Nas semanas após a cirurgia, muitos dos 64 fios de gravação flexíveis que haviam sido passados pelo cérebro de Arbaugh se soltaram. Os engenheiros da Neuralink compensaram programando o dispositivo para ser mais sensível à atividade neural.
A empresa está atualmente selecionando um segundo voluntário para receber uma versão aprimorada do Link com eletrodos que se encaixam mais firmemente no cérebro —e talvez o insira ainda este mês.
As empresas de neurotecnologia concorrentes variam consideravelmente no tipo de eletrodos que implantam no cérebro. Os pesquisadores têm mais experiência com o chamado array de Utah, uma montagem rígida de 96 eletrodos que vem sendo usada há 20 anos pelo consórcio acadêmico BrainGate.
O estudo com humanos mais recente do BrainGate, publicado na Nature em agosto passado, colocou dois conjuntos, cada um do tamanho de uma pequena pílula de aspirina, com um total de 128 eletrodos no córtex cerebral de Pat Bennett, 68, uma paciente com esclerose lateral amiotrófica. Ela havia perdido a capacidade de falar.
Um algoritmo de IA decodifica sua atividade neural, ensinando-se a distinguir os padrões associados à formulação de fonemas individuais —os blocos de construção do inglês falado.
Um modelo de linguagem então converte o fluxo de fonemas em uma sequência de palavras que podem ser exibidas em uma tela de computador ou faladas por uma voz sintética a cerca de 60 palavras por minuto com precisão razoável.
"Imagine como será diferente realizar atividades cotidianas como fazer compras, comparecer a consultas, pedir comida, entrar em um banco, falar ao telefone, expressar amor ou apreciação —até mesmo discutir— quando pessoas não verbais puderem comunicar seus pensamentos em tempo real", escreveu Bennett na época.
Outros laboratórios estão desenvolvendo BCIs mais flexíveis e menos invasivos. A Neurosoft Bioelectronics em Genebra está testando eletrodos ultrafinos e macios depositados em silicone que envolvem as dobras da superfície do cérebro. Sua tecnologia foi testada com sucesso em três pacientes.
A interface de grafeno da InBrain tem pontos de venda semelhantes. Ela fica "no córtex como um pedaço de celofane sem penetrá-lo", diz Carolina Aguilar, CEO. Seu primeiro teste em humanos é iminente.
Ela vê a doença de Parkinson como o primeiro alvo da InBrain, visando substituir os dispositivos de estimulação cerebral profunda de "baixa densidade, baixa resolução" oferecidos pelos gigantes da medtech Boston Scientific e Medtronic.
Algumas empresas de BCI estão focando em aplicações médicas além de pacientes com deficiências. Nicolas Vachicouras, CEO da Neurosoft, estima que 60 milhões de pessoas em todo o mundo têm zumbido severo, resultando em "depressão severa e até tentativas de suicídio, sem tratamento eficaz disponível hoje".
A pesquisa da empresa sugere que a causa é uma atividade anormal no córtex auditivo, dando a ilusão de ruído perturbador, que pode ser corrigido com neuromodulação.
Entre as empresas dos EUA, a Synchron tem boas chances de ser a primeira a lançar um implante de BCI no mercado. Assim como um stent, seu dispositivo é inserido em um vaso sanguíneo e fica acima do córtex motor, a parte do cérebro que controla o movimento.
Ele foi testado em 10 pacientes até agora e a publicação dos resultados finais é esperada em breve, seguida por um estudo clínico maior que a empresa espera que leve à aprovação da FDA.
Embora o dispositivo não seja tão sensível à atividade neural quanto o de alguns concorrentes, o CEO da Synchron, Tom Oxley, diz que a empresa pode obter aprovação de marketing mais rapidamente com uma tecnologia que não requer cirurgia cerebral aberta.
"Como essa tecnologia pode melhorar a capacidade das pessoas de viver de forma independente? Isso será o indicador de sucesso", diz ele.
Nenhum dos implantes está ainda perto o suficiente do mercado para que seu custo seja uma questão imediata, mas os executivos dizem que os preços terão que refletir os enormes benefícios potenciais que a tecnologia oferece a pacientes com distúrbios neurológicos graves que lidam com altos gastos com saúde.
Matt Angle, CEO da Paradromics, uma empresa no Texas que está desenvolvendo um BCI com mais eletrodos do que um implante padrão, prevê que os primeiros dispositivos custarão "mais de US$ 100 mil", mas "gostaríamos de chegar a um ponto em que as interfaces cérebro-computador custem na ordem do que os estimuladores cerebrais profundos estão custando hoje —digamos US$ 30 mil ".
Olhando mais adiante, Angle prevê que as aplicações médicas dos BCIs sozinhas criarão um mercado no valor de centenas de bilhões de dólares —embora muitos outros especialistas no campo digam que é muito cedo para dizer.
"Há o potencial de desenvolver uma dúzia de empresas que valem mais de US$ 1 bilhão neste espaço", diz ele —e isso é antes de os BCIs serem aplicados para melhorar o desempenho humano em áreas que vão da visão à memória.
Embora tais avanços dependam de melhorias contínuas em sensores e microeletrônicos necessários para capturar e transmitir sinais cerebrais, muito também depende de avanços mais amplos em computação e IA.
Isso inclui o uso de computação em nuvem e a aplicação de IA para ajudar a interpretar os sinais cerebrais.
Os ensaios clínicos processam dados localmente hoje, diz Courtine da EPFL, "mas pretendemos eventualmente ter todas essas informações cerebrais na nuvem, para que possamos treinar um grande modelo de linguagem e criar um GPT cerebral. Então podemos aprender com horas e horas de atividade cerebral de muitas pessoas."
Tais projetos estão intensificando os apelos dos éticos para antecipar ameaças provenientes do uso indevido de dados neurais coletados de BCIs.
A Unesco, a organização científica e cultural da ONU, convocou um painel de 24 especialistas para elaborar recomendações sobre a ética da neurotecnologia, levando a um documento para adoção pelos Estados membros no próximo ano.
Gabriela Ramos, que lidera a iniciativa de neurotecnologia da Unesco, diz: "Nosso objetivo é garantir que esses desenvolvimentos científicos e tecnológicos estejam alinhados com nossos direitos humanos."
Isso significa mais do que proteger a privacidade dos pensamentos das pessoas revelados por BCIs, acrescenta. Por exemplo, futuros implantes podem alterar a personalidade de um indivíduo —para melhor ou para pior— de forma mais extensa do que os tratamentos cerebrais existentes.
Yuste, da Universidade de Columbia, um defensor vocal dos "neurodireitos", destaca que algumas jurisdições, como o Chile e o estado americano do Colorado, já aprovaram legislações para proteger os dados neurais de pacientes.
Mas suas principais preocupações giram em torno dos usos não médicos da tecnologia, como aprimorar o desempenho mental. Uma maneira de proteger as pessoas seria "regulamentar os novos BCIs de consumo como se fossem dispositivos médicos", diz ele.
Para pacientes pioneiros como Roccati, tais preocupações são acadêmicas em comparação com os benefícios que a neurotecnologia pode trazer.
"Meu implante já transformou minha vida", disse, "e estou ansioso para aproveitar os futuros avanços da neurotecnologia. Assim como milhares de outras pessoas que não conseguem se comunicar ou se mover, mas conseguirão no futuro."
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