No artigo anterior (MA125) mostramos como sinais elétricos podem ser gerados num meio químico como é o corpo humano, e como são usados para a comunicação entre suas partes, caso do sistema nervoso, além de ser serem responsáveis por outras propriedades elétricas que observamos. Vimos que estes sinais podem ser usados para interação de nosso corpo com dispositivos de tecnologia, o que está em crescente expansão em nosso mundo. Continuamos agora tratando do detalhamento de alguns dos sinais mais importantes e como eles podem ser usados.
Os sinais do cérebro
A presença de uma enorme quantidade de neurônios em nosso cérebro faz dele uma fonte importante de sinais elétricos. Esses sinais refletem a nossa atividade cerebral e antes apenas usados para se detectar eventuais anormalidades de funcionamento, atualmente eles encontram uma gama nova de aplicações à medida que nosso conhecimento sobre a natureza dos sinais gerados aumenta.
Também aprendemos como interferir no seu comportamento através da aplicação de sinais externos, o que abre uma nova gama de aplicações cada vez importante. A interação direta do cérebro com dispositivos eletrônicos externos e até a comunicação cérebro-a-cérebro com a ajuda de equipamentos de alta tecnologia não está longe.
Mas, partindo dos sinais conhecidos do cérebro que levam a outras aplicações, podemos fazer uma pequena classificação que é baseada no que se conhece hoje e se utiliza na medicina no eletro encefalograma ou EEG.
Verifica-se que nos diferentes estados de funcionamento do cérebro ele gera sinais que correspondem a “ondas” de baixa frequência que podem ser detectadas através de eletrodos externos. Essas ondas são produzidas por flutuações nas correntes circulantes através dos neurônios.
Assim, podemos detectar as tensões geradas colocando eletrodos no cérebro, pois elas se propagam pelo meio condutor que é o nosso próprio corpo.
Temos então os seguintes tipos de sinais:
a) Ondas Gama que correspondem a sinais acima de 30 Hz e que para a medicina ainda não encontram aplicação prática. Estão associadas a processos cognitivos e determinadas fases do sono.
b) Ondas Beta que possuem frequências entre 14 e 30 Hz e uma amplitude típica abaixo de 30 uV e se manifesta quando estamos no estado de vigilância plena ou atenção.
c) Ondas Alfa que possuem frequências entre 8 e 14 Hz e uma intensidade abaixo de 50 mV quando estamos em estado de repouso.
d) Ondas Teta com frequências entre 4 e 8 Hz normalmente associada ao sono e atividades que envolvem a imaginação. Picos destas ondas podem estar associados à depressão.
e) Ondas Delta com frequências entre 0,3 e 4 Hz sendo relacionadas com o sono profundo.
Na verdade, a interpretação profunda dessas ondas é ainda algo que merece muitos estudos.
Os sinais do coração
Justifica-se para a medicina a preocupação com os sinais do coração, pois e um meio não invasivo de sabermos o que está acontecendo com ele. Os estímulos nervosos que o fazem funcionar e a reação consequente permitem detectar anomalias com boa precisão. O coração é um músculo cujas células se carregam negativamente no repouso Com a descarga até zero, o músculo se contrai. Neste processo um potencial é gerado, podendo ser detectado externamente.
Temos então o eletrocardiograma ou ECG que pode ser analisado a partir dos seguintes tipos de sinais:
a) Ondas P que mostram a ativação do átrio direito. Sua duração aproximada é de 80 ms.
b) QRS complexo que mostra a despolarização rápida entre o ventrículo direito e esquerdo com duração entre 80 e 100 ms.
c) Onda T que ostra a repolarização dos ventrículos com uma duração de aproximadamente 160 ms
d) Onda U que mostra a repolarização do septo intraventricular
Para a medicina estes sinais são importantes, mas também podem ser usados em outras aplicações como o monitoramento da atividade física. Com o uso de algoritmos de inteligência artificial, os sinais podem ser analisados em conjunto gerando informações que podem melhorar o desempenho físico de atletas, melhora da qualidade de vida para idosos e muito mais. Muita coisa pode ser desenvolvida.
Sinais dos Músculos
Estímulos nervosos são os responsáveis pela contração dos músculos e estes sinais podem ser monitorados através de eletrodos e registrados. A membrana muscular possui um potencial de repouso mantido pela presença de íons em suas duas faces. A despolarização e repolarização dos neurônios resulta em sinais de excitação que fazem com que as fibras musculares se contariam e se distendam. Esse efeito pode ser monitorado pelos potenciais elétricos gerados.
O registro do sinal de muitas fibras musculares resulta no eletromiograma ou EMG, sendo usado em medicina.
É claro que estes sinais podem ser usados com outras finalidades como no registro da atividade física, cansaço, e mesmo de forma inversa com a excitação externa. O estímulo gerado pelo cérebro, por exemplo, que não chega a um músculo por um problema nervoso, pode ser transmitido por um meio artificial. Com isso, um membro com paralisia pode voltar a funcionar.
Enfim, os sinais dos músculos podem ser usados em inúmeras aplicações assim como sinais de estímulos.
Sinais dos Olhos (EOG)
Os sinais dos olhos levam ao eletrooculograma que consiste no registro dos sinais do movimento dos olhos. Eletrodos colocados na parte frontal da cabeça, junto aos olhos podem captar os sinais de repouso entre a córnea e a retina produzidos pela ação de nervos.
A córnea normalmente é positiva e a retina negativa, funcionando os dois como um dipolo entre os quais se manifesta uma tensão. Os movimentos dos olhos alteram esse potencial que pode variar entre -0,06 a +0,06 V. Este de sinal é usado em oftalmologia, mas pode encontrar outras aplicações interessantes.
A possibilidade de se controlar um cursor na tela de um computador ou mesmo os movimentos de uma cadeira de rodas ou braço artificial já foram testados em tetraplégicos.
Para os desenvolvedores, uma ideia seria um dispositivo que permita a doentes em estado muito grave que não tenha movimentos, que se comuniquem ou acionem sinais de socorro usando o movimento dos olhos.
E, no caso inverso já tratamos de estudos que permitem excitar regiões do cérebro ou nervos ópticos apropriados assim como auditivos para levar as sensações de imagens e sons a quem as perdeu.
Sinais magnéticos do cérebro
A movimentação de cargas elétricas no cérebro causadas pela sua atividade normal gera correntes que, por sua vez, são responsáveis pela criação de campos magnéticos.
Esses campo magnéticos podem ser detectados externamente sendo usados no que se denomina Magnetoencefaografia ou MEM. O uso de magnetômetros ultra sensíveis permite a medição desses campos, se bem que a sua decodificação seja muito difícil, pois os campos gerados pela correntes individuais se somam vetorialmente dada diversidade de suas orientações.
Mas além das aplicações médicas podemos citar outras que envolvam o controle de dispositivos a partir de sinais do cérebro, desde que façamos a sua decodificação o que em nossos dias, ainda está um pouco longe.
Sinais da Pele
Estes sinais são denominados tecnicamente de resposta galvânica da pele. O que se analisa no caso é o fato de que as propriedades elétricas da pela mudam sensível em função tanto do estado psicológico da pessoa como de eventuais alterações de funcionamento de órgãos.
Esta alteração pode ser detectada pela alteração de sua resistência elétrica. O processo de medida desta resistência é denominado tecnicamente Galvanic Skin Response ou GSR com aplicações médicas importantes.
Fora da medicina podemos citar o detector de mentiras ou polígrafo, mas podemos ir além com a indicação de possibilidades interessantes para a tecnologia do futuro.
Detecção de estados específicos com a simples colocação de eletrodos em contato com a pela pode ser a base de aplicações como monitoramento de saúde, metabolismo, estados de estresse e muito mais.
Como variações desses sinais diversos outros podem ser citados como a resposta eletrodérmica ou EDR, reflexo piscogalvânico (PGR), resposta de condutância da pele, além de outras.
A acupuntura usa muito esses sinais em suas práticas. Para o desenvolvedor os valores com que devemos trabalhar são importantes.
A resistência do interior do corpo varia bastante conforme o gráfico obtido na figura 1.
Essas resistências também são importantes em segurança , pois indicam as correntes que podem causar sensações e danos ao nosso corpo.
Conclusão
Na verdade, o nosso organismo é uma complexa máquina eletroquímica que gera uma infinidade de sinais, muitos dos quais ainda mal conhecemos.
Da mesma forma, temos uma sensibilidade a sinais que mal conhecemos. Campos de baixa frequência podem causar danos em determinadas condições, campos de alta frequência podem causar estímulos mal conhecidos. Luz pode excitar e ter efeitos específicos, radiação eletromagnética da faixa de rádio pode ter as mais diversas influências no nosso organismo.
Ainda há muito que estudar e as descobertas podem levar a inovações incríveis. No nosso site temos vários artigos que podem ser importantes para o leitor que deseja saber mais, tais como:
MA041 – Tomografia e ressonância magnética
MA067 – Aplicador para magnetoterapia
MA095 – Correção de visão sem óculos
MA098 – Reduzindo a dor com ondas cerebrais
MA110 – Monitorando o sono por ondas de rádio
Nota: teremos ainda um artigo para projetistas que tratará de produtos de alta tecnologia específicos para projetos envolvendo o corpo humano, disponíveis na Mouser Electronics ( www.mouser.com ).
