Um estudo inédito da Universidade da Pensilvânia desvendou como o cérebro de primatas gera gestos faciais, revelando que expressões sociais e movimentos voluntários, como mastigar, são coordenados por uma rede cerebral mais integrada do que se imaginava. A pesquisa, publicada na revista Science, utilizou microeletrodos implantados no cérebro de macacos para registrar a atividade neuronal durante a produção de expressões faciais, um avanço técnico que abre caminho para futuras próteses neurais de comunicação.
A neurocientista Geena Ianni, líder do estudo, explica que, enquanto avanços recentes em interfaces cérebro-computador focam na decodificação da fala, a comunicação humana e primata depende fortemente de expressões faciais. "O significado de uma palavra pode ser totalmente ditado por um sorriso ou uma carranca", afirma Ianni. O objetivo da pesquisa foi mapear os mecanismos neurais por trás da geração desses gestos, uma área ainda pouco explorada pela ciência.
Metodologia pioneira com macacos
Os pesquisadores começaram monitorando a atividade cerebral de macacos-reso em scanners de ressonância magnética funcional (fMRI) enquanto gravavam seus rostos com câmeras de alta resolução. Os animais foram expostos a estímulos sociais, como vídeos de outros macacos fazendo caretas, avatares interativos ou outros macacos ao vivo, para eliciar expressões naturais de seu repertório.
Com base nas gravações, a equipe selecionou três gestos faciais para investigação detalhada: o "lipsmack" (sinal de receptividade ou submissão), a face de ameaça (para desafiar ou afastar um adversário) e a mastigação, um movimento voluntário e não social. Os mapas do fMRI ajudaram a localizar as áreas cerebrais-chave envolvidas.
Implante de eletrodos e descoberta surpreendente
Com precisão submilimétrica, os cientistas implantaram matrizes de microeletrodos em quatro regiões cerebrais: córtex motor primário, córtex pré-motor ventral, córtex somatossensorial primário e córtex motor do cíngulo. Pela primeira vez, foi possível registrar simultaneamente a atividade de muitos neurônios nessas áreas durante a produção dos gestos.
Contrariando expectativas de uma divisão clara de funções, onde uma área controlaria expressões sociais e outra os movimentos voluntários, os dados mostraram que todas as quatro regiões estavam envolvidas em todos os tipos de gesto. "Seja ameaçando um rival ou simplesmente mastigando, todas as quatro áreas cerebrais disparavam em uma sinfonia coordenada", descreve Ianni.
O segredo está no código neural
A chave para distinguir um gesto social da mastigação não estava na localização, mas no padrão temporal de ativação neuronal. A análise da dinâmica das populações neurais revelou uma hierarquia temporal no córtex.
O córtex do cíngulo utilizou um código neural estático, onde o padrão de disparo dos neurônios persistia ao longo do tempo e entre repetições do mesmo gesto. "Um único decodificador que aprendesse esse padrão poderia ser usado a qualquer momento para ler a expressão facial", explica Ianni. Já no córtex motor e somatossensorial, os pesquisadores identificaram um código neural dinâmico, definido por relações de taxa de disparo que mudam rapidamente.
A hipótese é que o cíngulo gerencia o propósito e contexto social do gesto – algo relativamente estável – integrando pistas sensoriais com o estado interno do animal. As áreas de código dinâmico implementariam a expressão, dirigindo os movimentos musculares minúsculos e constantes necessários para formar a careta ou o movimento de mastigação.
Caminho longo para aplicações clínicas
Embora o estudo represente um salto no conhecimento básico, Geena Ianni ressalta que a jornada para desenvolver próteses neurais que restaurem a comunicação por gestos faciais em pacientes com paralisia ou AVC é longa. "Este é o ponto em que a tecnologia de decodificação neural da fala estava no final dos anos 1990", compara.
Ainda assim, a pesquisadora mantém o otimismo. "Espero que nosso trabalho contribua, mesmo que minimamente, para permitir designs de comunicação mais naturalísticos e ricos que melhorem a vida de pacientes após lesão cerebral", conclui Ianni, citando avanços recentes em dispositivos assistivos de comunicação como motivo para esperança.