Em breve seremos capazes de ler mentes? Novo estudo decodifica imagens da atividade cerebral para extrair palavras – e significado

É cada vez mais realista, do ponto de vista tecnológico, imaginar decodificar os pensamentos dos humanos. Pela primeira vez, os neurocientistas foram capazes de "decodificar" dados de imagens não invasivas dos cérebros de três participantes para reconstruir sequências de palavras e o significado geral das histórias que os participantes ouviram, assistiram ou imaginaram.

Neste novo estudo, publicado na Nature Neuroscience, Alexander Huth e seus colegas, da Universidade do Texas, conseguiram extrair o significado geral e também as frases de imagens da atividade cerebral obtidas por ressonância magnética funcional (ou ressonância magnética funcional).

Decodificar o idioma

Sintetizar palavras por meio de sinais cerebrais pode ser muito útil para pessoas que não têm acesso à fala devido a doenças como doenças do neurônio motor, que afetam os neurônios que controlam os movimentos voluntários do corpo. Esta pesquisa também levanta questões sobre a existência de nossa vida privada mais íntima, a de nossos pensamentos.

Os padrões de decodificação de linguagem, ou "decodificadores de fala", procuram usar gravações da atividade cerebral para deduzir as palavras que os sujeitos ouvem, dizem ou imaginam.

Até agora, os decodificadores de linguagem só foram usados ​​em dados obtidos de dispositivos implantados no cérebro, o que limita sua utilidade. E até agora, decodificadores que usam gravações não invasivas da atividade cerebral decodificaram palavras isoladas ou frases muito curtas, mas não foram aplicados para extrair significado da fala contínua.

neste novo estudo, é um sinal muito específico da ressonância magnética funcional que tem sido explorado: esse sinal depende do fluxo de sangue no cérebro e do nível de oxigenação do sangue.

Ao focar na atividade cerebral em regiões do cérebro e em redes neurais conhecidas por processar a linguagem, os pesquisadores mostraram que seu decodificador pode ser treinado para reconstruir a fala contínua, incluindo palavras específicas, mas também significado agregado de frases mais completas.

O decodificador usou as respostas cerebrais de três participantes gravadas enquanto ouviam as histórias e gerou sequências de palavras que poderiam ter produzido a atividade cerebral registrada. Essas sequências de palavras reproduziam muito bem a ideia geral da história e, em alguns casos, até incluíam palavras ou frases exatas.

Dentro do scanner de ressonância magnética funcional, os participantes também foram levados a assistir a filmes mudos e imaginar as histórias correspondentes. Em ambos os casos, o decodificador foi capaz de prever a maioria das histórias.

Por exemplo, um participante pensou "Não tirei minha carteira de motorista" (Eu ainda não tenho minha carteira de motorista), e o decodificador previu "Ela ainda nem aprendeu a dirigir" (Ela ainda nem começou a aprender a dirigir).

Além disso, quando os participantes tiveram que ouvir ativamente uma história enquanto ignoravam uma segunda história transmitida simultaneamente, o decodificador só foi capaz de identificar o primeiro enredo.

Como funciona ?

Primeiro, os cientistas pediram aos participantes que passassem 16 horas em um scanner de ressonância magnética funcional, onde ouviram histórias lidas enquanto suas atividades cerebrais eram registradas.

Essas respostas cerebrais foram usadas para treinar um “codificador”, que é um modelo de computador que prevê como o cérebro responde às palavras ouvidas pelo participante. Após esse treinamento, o codificador pode prever com boa precisão o que o cérebro de cada participante responderia ao ouvir uma sequência de palavras específicas.

Mas ir na outra direção, ou seja, extrair uma sequência de palavras da atividade cerebral, é muito mais difícil.

De fato, o modelo do codificador é projetado para relacionar atividades cerebrais e “elementos semânticos” ou o significado geral de palavras ou frases. Para isso, o sistema utiliza o Modelo de linguagem “GPT”, para transformador pré-treinado generativo, o precursor do atual GPT-4. O decodificador então gera a sequência de palavras que poderia ter produzido a resposta cerebral observada.

A exatidão de cada previsão do decodificador é verificada usando-a para calcular a atividade cerebral correspondente. Essa atividade cerebral prevista pelo decodificador é então comparada com a que foi realmente registrada.

Durante esse processo, que consome muitos recursos computacionais, muitas previsões são geradas uma a uma e são classificadas de acordo com sua precisão: as previsões inadequadas são eliminadas, as mais precisas são mantidas. Então, a próxima palavra na sequência é predita, até que a sequência mais correta seja determinada.

palavras e significado

O novo estudo mostra que, para realizar o processo de previsão, eram necessários dados de várias regiões do cérebro. Essas regiões são diversas, mas muito específicas: são a rede de fala, a região de associação parietal/temporal/occipital e o córtex pré-frontal.

Uma grande diferença entre este trabalho e estudos anteriores é o tipo de dados usados. De fato, a maioria dos decodificadores vincula dados de regiões cerebrais envolvidas no estágio final da formação da fala, ou seja, movimentos da boca e da língua. Esse decodificador funciona em outro nível, nas ideias e no significado dos pensamentos.

Uma das limitações dos dados de ressonância magnética funcional é sua baixa “resolução temporal”. De fato, o sinal de oxigenação do sangue aumenta e diminui em cerca de 10 segundos, período durante o qual ouvimos cerca de vinte palavras ou mais. Portanto, esta técnica não detecta palavras individuais, mas o provável significado de sequências de palavras.

Não entramos em pânico (ainda não)

A ideia de que podemos ler mentes naturalmente levanta preocupações sobre a existência de nossas vidas privadas mais íntimas, o que se passa em nossas cabeças. Os pesquisadores realizaram experimentos adicionais para esclarecer as capacidades da técnica.

Esses experimentos mostram que ainda não há necessidade de nos preocuparmos com a leitura de nossos pensamentos quando estamos andando na rua ou se não estamos dispostos a cooperar.

De fato, um decodificador treinado nos dados cerebrais de uma pessoa prediz mal os elementos semânticos dos dados cerebrais de outra pessoa. Além disso, os participantes podem complicar a tarefa de decodificação voltando sua atenção para outra tarefa, como nomear animais ou contar outra história.

O decodificador também funciona mal se os participantes se moverem no scanner de ressonância magnética funcional, pois esta é uma técnica de imagem muito sensível ao movimento. A cooperação dos participantes é essencial aqui.

Com essas restrições técnicas, além da necessidade de computadores muito potentes para executar o decodificador, é muito improvável que os pensamentos de alguém possam ser decodificados contra sua vontade nesse estágio.

Finalmente, o decodificador só funciona no momento com dados obtidos por ressonância magnética funcional, que é uma técnica cara e muitas vezes complicada de implementar. O grupo de pesquisa pretende testar esse método com dados de outras tecnologias não invasivas de imagem cerebral.

Cristina Maher, Engenheiro Biomédico e Neurocientista, Universidade de Sydney

Este artigo foi republicado a partir de A Conversação sob licença Creative Commons. Leia oartigo original.

Crédito da imagem: Shutterstock / PRODUÇÃO ORION