Concepção, desenvolvimento e avaliação de uma plataforma de formação cognitiva através de um sistema brain–computer interface

Em Espanha, a percentagem de pessoas com mais de 60 anos duplicou em menos de três décadas. Segundo estimativas do Departamento de Economia e Assuntos Sociais das Nações Unidas (UNDESA, 2015), em 2050 o número total de pessoas com mais de 60 anos representará 41,4% da população espanhola, colocando o país em quarto lugar entre os países mais longevos do mundo. Esta estimativa sublinha a necessidade de ter em conta os grandes desafios sociais e económicos decorrentes de um envelhecimento tão acentuado da população. Um dos maiores problemas associados a esta situação é a progressiva deterioração cognitiva deste grupo (por exemplo, perda de memória, atenção, velocidade de processamento da informação, coordenação de movimentos, etc.). Por estas razões, é urgente propor novos métodos e terapias que favoreçam o envelhecimento ativo e permitam combater os efeitos da deterioração cognitiva provocada pela idade.

Atualmente, as técnicas de treino cognitivo mais utilizadas são baseadas na repetição de exercícios focados em habilidades específicas envolvendo cálculo, memória, agilidade mental, etc. Em torno de todos estes exercícios de Brain Training, foram desenvolvidas inúmeras aplicações e produtos comerciais que apresentam cada vez mais um aspecto atrativo. No entanto, apesar do crescimento notável deste mercado, os produtos baseados em exercícios de Brain Training estão a ser cientificamente questionados. De facto, não existem evidências científicas que sustentem a sua eficácia na melhoria da função cognitiva global. Além disso, estudos realizados por fabricantes ignoram aspetos relevantes, como o efeito placebo; ou confundem aprendizagem processual com melhoria cognitiva geral e real.

Este cenário oferece a oportunidade de propor tecnologias alternativas para combater estes efeitos e demonstrar cientificamente a sua eficácia. Um deles poderia ser o Neurofeedback (NF), uma técnica experimental baseada na hipótese de que uma regulação voluntária da atividade cerebral produz uma melhora em certas funções cognitivas. O objetivo do usuário durante a terapia NF é modificar a sua atividade cerebral através de diferentes tarefas mentais para atingir uma meta pré-estabelecida. Para isso, é utilizado o eletroencefalograma (EEG), colocando uma série de eletrodos no couro cabeludo do utilizador. Em resumo, o treinamento NF usa o sinal EEG para informar o usuário indiretamente, através de jogos ou tarefas visuais, da sua atividade cerebral em todos os momentos. Este feedback permite ao usuário, portanto, "aprender" a modificar sua atividade cerebral para atingir o objetivo da tarefa.

Atualmente, o treinamento NF é baseado no uso de feedback rudimentar: luzes LED, tons simples, etc.; requerendo entre 30 e 50 sessões de treino antes de ser capaz de detectar mudanças na plasticidade cerebral. Alguns estudos sugerem que as alterações na plasticidade cerebral dependem do protocolo de treino utilizado, bem como da qualidade do feedback oferecido. Neste sentido, acreditamos que os sistemas de Interface Cérebro-Computador (BCI) podem melhorar drasticamente o feedback oferecido, fortalecendo as funções cognitivas enfraquecidas em poucas sessões de treinamento. 

Os sistemas BCI permitem que as aplicações ou dispositivos sejam controlados exclusivamente pelas ondas cerebrais do utilizador, normalmente derivadas do EEG. Como as intenções ou pensamentos não são refletidas diretamente no sinal EEG, os sistemas BCI aplicam algoritmos matemáticos de processamento de sinais para extrair certas características que refletem mudanças no sinal, relacionadas a tarefas cognitivas. O feedback deve, portanto, estar relacionado com a função neuropsicológica com a qual desejas trabalhar.

O objetivo principal deste trabalho de pesquisa é projetar, desenvolver e avaliar uma plataforma BCI de treinamento NF para combater eficazmente a deterioração das funções cognitivas produzidas pelo envelhecimento normal. Para começar, serão identificadas as funções cognitivas a melhorar. Posteriormente, cada uma das funções estará relacionada com uma ou mais características do EEG, a fim de seleccionar o feedback adequado para o utilizador. Finalmente, serão concebidas e desenvolvidas tarefas de treino cognitivo para melhorar cada uma das funções cognitivas objetivas. As tarefas serão exibidas num Tablet Android, realimentando visualmente o usuário e mostrando os aumentos e diminuições desses recursos em tempo real. Desta forma, os utilizadores aprenderão a regular a sua própria atividade para atingir o objetivo de cada tarefa. Este protocolo será avaliado com pelo menos 20 pessoas com idade superior a 60 anos. Os testes neuropsicológicos serão realizados antes e depois do protocolo de cada um deles, a fim de identificar se o treinamento com a plataforma produziu melhorias nas funções cognitivas objetivas.