Neurociência no banco do motorista

Mehul Nayak

28 de abr. de 2022

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Escrito pelo Dr. Nikolas Williams, Cientista de Pesquisa da EMOTIV.

Vários meses atrás, voltei para os EUA depois de oito anos vivendo no exterior. Parte de recomeçar significou adquirir todas as coisas que se precisa para a vida. Além de um sofá, cama e mesa de jantar, eu, claro, precisava de um carro. Considerando-me uma pessoa financeiramente inteligente, procurei exclusivamente por modelos mais antigos e econômicos, mas fui rapidamente desanimado pelos preços inflacionados e pela escassez de estoque. O mercado de carros usados de 2021 estava efetivamente me forçando a comprar um carro novo, o que eu acabei fazendo. Minha desilusão por violar os princípios básicos das finanças pessoais foi rapidamente substituída por um entusiasmo desenfreado pelo conforto e recursos que vieram com meu novíssimo SUV Toyota.

Fiquei particularmente impressionado com os recursos de direção autônoma que, até este ponto, eu só tinha lido sobre. A direção assistida e o radar de alerta à frente tornaram as longas viagens muito mais fáceis. Eu apenas precisava manter os olhos na estrada e uma mão descansando no volante, e meu carro basicamente dirigia-se sozinho. Somando-se a isso, o sistema de prevenção de colisões, o monitoramento de pontos cegos, câmeras voltadas para trás com um sistema de alerta para garantir que eu não atropelasse ninguém que estivesse passando atrás de mim, e este novo carro era objetivamente muito mais seguro do que os carros de modelo antigo que eu tinha dirigido na maior parte da última década.

Os carros, claro, ainda não dirigem sozinhos. Embora tenham recursos autônomos e de segurança interessantes, os carros ainda requerem supervisão do motorista e, quando necessário, intervenção. Estamos longe de remover o componente humano da direção e é esse componente que é predominantemente responsável por acidentes de automóvel e fatalidades. Os humanos cometem erros ao volante. Seja porque decidem que operar um veículo após beber é uma boa ideia, ou que acelerar é divertido, ou que precisam percorrer apenas mais algumas milhas antes de parar para descansar, os humanos causam muitos incidentes automobilísticos evitáveis.

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De acordo com a Administração Nacional de Segurança no Tráfego Rodoviário (NHTSA), houve 36.096 fatalidades no tráfego de veículos em 2019. Para 2020, as fatalidades são estimadas em mais de 38.000 [1]. Uma grande porcentagem disso se deve à condução arriscada e, portanto, é evitável. A NHTSA identificou seis tipos de direção arriscada: Excesso de velocidade, direção sob influência de álcool e drogas, não usar (ou usar inadequadamente) cintos de segurança, direção distraída e direção sonolenta. Como dois terços de todas as fatalidades no trânsito podem ser atribuídos à velocidade excessiva e à direção sob influência, muitas campanhas de intervenção estão corretamente direcionadas a abordar esses riscos. No entanto, a direção distraída e sonolenta resulta em um número não trivial de fatalidades, com 3.142 mortes relacionadas à distração e 697 mortes relacionadas à sonolência em 2019 [2].

Usando neurociência para medir a atenção no laboratório



Neurociência ao volante - Usando neurociência para medir a atenção no laboratório.

Os neurocientistas usam vários métodos para medir a atenção no laboratório. Um desses métodos aproveita o fato de que nosso cérebro libera pequenas quantidades de eletricidade à medida que seus neurônios disparam. Usando eletroencefalograma (EEG), podemos medir as flutuações nessa eletricidade para entender quando e onde o cérebro está ativo. A velocidade, ou frequência, com que essas flutuações ocorrem é conhecida como oscilações, ou mais comumente, ondas cerebrais. A frequência das ondas cerebrais pode proporcionar uma visão sobre estados ou processos mentais.

Por exemplo, as ondas cerebrais que oscilam entre 14 e 30 vezes por segundo (ou 14 - 30 Hz) são conhecidas como ondas beta e estão associadas a altos níveis de engajamento mental. Oscilações na faixa de 8 - 13 Hz são conhecidas como ondas alfa e geralmente estão presentes durante períodos de relaxamento ou atenção passiva. Por exemplo, você frequentemente veria ondas alfa quando uma pessoa estava meditando. As ondas theta são oscilações entre 4 e 7 Hz e vistas quando uma pessoa está profundamente relaxada ou sonolenta. As ondas mais lentas são as ondas delta (1 - 4 Hz) e são observadas quando uma pessoa está profundamente adormecida.

Veja o post relacionado O Guia Introdutório para EEG

No laboratório, os cientistas podem medir o tempo, a magnitude e a frequência das ondas cerebrais para determinar quão engajada ou desengajada está a mente de uma pessoa durante as tarefas. Por exemplo, quando uma pessoa vê ou ouve algo para o qual estava assistindo, seu EEG mostra uma resposta muito específica chamada P300, que é uma onda de grande amplitude que ocorre cerca de 300 ms após a aparição do objeto [3]. Da mesma forma, uma diminuição nas oscilações alfa pode indicar que alguém está prestando atenção a algo [4]. Estar sonolento também produz assinaturas de EEG detectáveis por meio de mudanças nas oscilações delta, theta e alfa [5].

Como podemos medir a atenção em um carro?

Em um veículo, podemos medir a atenção e a sonolência usando métodos comportamentais. Por exemplo, câmeras poderiam acompanhar os olhos dos motoristas para garantir que eles estão olhando para a estrada. Da mesma forma, câmeras poderiam detectar quando as cabeças dos motoristas começam a balançar, indicando que estão sonolentos. No entanto, só porque uma pessoa está olhando para a estrada ou sua cabeça não está caindo, não significa que ela está prestando atenção ou que não está fatigada. O EEG pode aumentar a detecção desses estados perigosos. Eles podem até ser capazes de prever esses estados antes que sejam detectáveis de forma comportamental.



Neurociência ao volante - O EEG pode aumentar a detecção desses estados perigosos. Eles podem até ser capazes de prever esses estados antes que sejam detectáveis de forma comportamental.

Em 2020, pesquisadores realizaram uma revisão sistemática de estudos que usaram fones de ouvido EEG comercialmente disponíveis para detectar sonolência em tempo real [6]. Eles relataram que o fone de ouvido mais utilizado nesses tipos de estudos foi o fabricado pela EMOTIV, seguido por Neurosky, Interaxon e OpenBCI. Para detecção de sonolência, descobriram que mesmo recursos básicos de EEG, como oscilações de frequência, poderiam ser usados para detectar sonolência. No entanto, observam que, em muitos casos, “a otimização algorítmica ainda é necessária”, o que significa que algoritmos de aprendizado de máquina resultaram em detecções mais precisas.

Aproveitando EEG comercial e algoritmos de aprendizado de máquina para nos ajudar a viver com mais segurança

A EMOTIV tem sido a líder em EEG comercial por mais de uma década. Durante esse tempo, desenvolveram sistemas de EEG em várias formas, desde bonés de pesquisa tradicionais de 32 canais até fones de ouvido intra-auriculares de 2 canais. Sistemas com formatos compactos, como os fones de ouvido MN8 ou Insight, representam os primeiros passos em direção à neurotecnologia utilizável no dia a dia. Ao integrar esse tipo de hardware aos controles do automóvel, podemos ser capazes de prevenir acidentes antes que os estados mentais que contribuem eles ocorram.



Neurociência ao volante - Aproveitando EEG comercial e algoritmos de aprendizado de máquina para nos ajudar a viver com mais segurança.

Integrar hardware de EEG nos veículos é apenas parte da solução. Para capitalizar os dados cerebrais adquiridos, precisamos processá-los em métricas úteis. Algoritmos sofisticados de aprendizado de máquina alcançam isso ao decodificar dados de EEG em recursos que podem indexar estados mentais específicos. Até agora, a EMOTIV desenvolveu sete detecções desse tipo: frustração, interesse, relaxamento, engajamento, excitação, atenção e estresse. Os engenheiros da EMOTIV trabalharam em estreita colaboração com neurocientistas para desenvolver essas detecções por meio de rigorosos estudos experimentais que usam protocolos conhecidos para elicitar esses estados. No domínio automobilístico, a Emotiv atualmente está aprimorando uma detecção de distração do motorista desenvolvida em um simulador de direção. Isso segue resultados promissores de uma colaboração com o Royal Automobile Club da Austrália Ocidental, que resultou em um carro acionado pela atenção que desacelerava quando a atenção diminuía [7]. Você pode encontrar alguns vídeos da colaboração e os resultados no YouTube.

Neurociência e o futuro da condução



Neurociência ao volante - Neurociência e o futuro da condução.

Desde intervenções iniciais, como cintos de segurança e faixas de alerta, até intervenções modernas, como frenagem automática de emergência e direção assistida, nossos carros se tornaram muito mais seguros. No entanto, o número de pessoas que morrem em acidentes a cada ano demonstra que temos um longo caminho a percorrer antes de chegarmos ao ponto em que os veículos possam ser considerados "seguros". À medida que a tecnologia avança, nossos carros certamente continuarão a ficar mais seguros, mas enquanto os humanos forem os operadores predominantes dos veículos, continuarão a ocorrer acidentes causados por humanos. A tecnologia EEG representa uma avenida particularmente promissora para mitigar o fator humano, detectando indicadores sutis e intervindo antes que condições que causam acidentes ocorram.

Referências

[1] National Center for Statistics and Analysis, “Estimativa inicial de fatalidades no tráfego de veículos em 2020.” Administração Nacional de Segurança no Tráfego Rodoviário, Maio de 2021. Acessado: 04 de jan. de 2022. [Online]. Disponível: https://crashstats.nhtsa.dot.gov/Api/Public/ViewPublication/813115

[2] Centro Nacional de Estatísticas e Análises. “Visão geral dos acidentes de veículos em 2019.” Administração Nacional de Segurança no Tráfego Rodoviário, 2020.

[3] S. J. Luck e E. S. Kappenman, O Manual de Oxford dos Componentes de Potenciais Relacionados a Eventos. Oxford University Press, 2011.

[4] G. Thut, “Atividade Eletroencefalográfica na Banda Alfa sobre o Córtex Occipital Indexa Viés de Atenção Visuoespacial e Prediz a Detecção de Alvos Visuais,” J. Neurosci., vol. 26, nº 37, pp. 9494–9502, set. 2006, doi: 10.1523/JNEUROSCI.0875-06.2006.

[5] C.-H. Chuang, C.-S. Huang, L.-W. Ko e C.-T. Lin, “Uma rede de integração de funções perceptuais baseada em EEG para aplicação à direção sonolenta,” Knowl.-Based Syst., vol. 80, pp. 143–152, mai. 2015, doi: 10.1016/j.knosys.2015.01.007.

[6] J. LaRocco, M. D. Le, e D.-G. Paeng, “Uma Revisão Sistemática dos Fones de Ouvido EEG de Baixo Custo Disponíveis para Detecção de Sonolência,” Front. Neuroinformatics, vol. 14, p. 42, 2020, doi: 10.3389/fninf.2020.553352.[7] “Pesquisadores da Austrália revelam carro acionado por atenção,” 2013. https://phys.org/news/2013-09-australia-unveil-attention-powered-car.html (acessado em 12 de jan. de 2022).

Escrito pelo Dr. Nikolas Williams, Cientista de Pesquisa da EMOTIV.

Vários meses atrás, voltei para os EUA depois de oito anos vivendo no exterior. Parte de recomeçar significou adquirir todas as coisas que se precisa para a vida. Além de um sofá, cama e mesa de jantar, eu, claro, precisava de um carro. Considerando-me uma pessoa financeiramente inteligente, procurei exclusivamente por modelos mais antigos e econômicos, mas fui rapidamente desanimado pelos preços inflacionados e pela escassez de estoque. O mercado de carros usados de 2021 estava efetivamente me forçando a comprar um carro novo, o que eu acabei fazendo. Minha desilusão por violar os princípios básicos das finanças pessoais foi rapidamente substituída por um entusiasmo desenfreado pelo conforto e recursos que vieram com meu novíssimo SUV Toyota.

Fiquei particularmente impressionado com os recursos de direção autônoma que, até este ponto, eu só tinha lido sobre. A direção assistida e o radar de alerta à frente tornaram as longas viagens muito mais fáceis. Eu apenas precisava manter os olhos na estrada e uma mão descansando no volante, e meu carro basicamente dirigia-se sozinho. Somando-se a isso, o sistema de prevenção de colisões, o monitoramento de pontos cegos, câmeras voltadas para trás com um sistema de alerta para garantir que eu não atropelasse ninguém que estivesse passando atrás de mim, e este novo carro era objetivamente muito mais seguro do que os carros de modelo antigo que eu tinha dirigido na maior parte da última década.

Os carros, claro, ainda não dirigem sozinhos. Embora tenham recursos autônomos e de segurança interessantes, os carros ainda requerem supervisão do motorista e, quando necessário, intervenção. Estamos longe de remover o componente humano da direção e é esse componente que é predominantemente responsável por acidentes de automóvel e fatalidades. Os humanos cometem erros ao volante. Seja porque decidem que operar um veículo após beber é uma boa ideia, ou que acelerar é divertido, ou que precisam percorrer apenas mais algumas milhas antes de parar para descansar, os humanos causam muitos incidentes automobilísticos evitáveis.

[block id="cta-shortcode-browse-eeg-headsets-v2"]

De acordo com a Administração Nacional de Segurança no Tráfego Rodoviário (NHTSA), houve 36.096 fatalidades no tráfego de veículos em 2019. Para 2020, as fatalidades são estimadas em mais de 38.000 [1]. Uma grande porcentagem disso se deve à condução arriscada e, portanto, é evitável. A NHTSA identificou seis tipos de direção arriscada: Excesso de velocidade, direção sob influência de álcool e drogas, não usar (ou usar inadequadamente) cintos de segurança, direção distraída e direção sonolenta. Como dois terços de todas as fatalidades no trânsito podem ser atribuídos à velocidade excessiva e à direção sob influência, muitas campanhas de intervenção estão corretamente direcionadas a abordar esses riscos. No entanto, a direção distraída e sonolenta resulta em um número não trivial de fatalidades, com 3.142 mortes relacionadas à distração e 697 mortes relacionadas à sonolência em 2019 [2].

Usando neurociência para medir a atenção no laboratório



Neurociência ao volante - Usando neurociência para medir a atenção no laboratório.

Os neurocientistas usam vários métodos para medir a atenção no laboratório. Um desses métodos aproveita o fato de que nosso cérebro libera pequenas quantidades de eletricidade à medida que seus neurônios disparam. Usando eletroencefalograma (EEG), podemos medir as flutuações nessa eletricidade para entender quando e onde o cérebro está ativo. A velocidade, ou frequência, com que essas flutuações ocorrem é conhecida como oscilações, ou mais comumente, ondas cerebrais. A frequência das ondas cerebrais pode proporcionar uma visão sobre estados ou processos mentais.

Por exemplo, as ondas cerebrais que oscilam entre 14 e 30 vezes por segundo (ou 14 - 30 Hz) são conhecidas como ondas beta e estão associadas a altos níveis de engajamento mental. Oscilações na faixa de 8 - 13 Hz são conhecidas como ondas alfa e geralmente estão presentes durante períodos de relaxamento ou atenção passiva. Por exemplo, você frequentemente veria ondas alfa quando uma pessoa estava meditando. As ondas theta são oscilações entre 4 e 7 Hz e vistas quando uma pessoa está profundamente relaxada ou sonolenta. As ondas mais lentas são as ondas delta (1 - 4 Hz) e são observadas quando uma pessoa está profundamente adormecida.

Veja o post relacionado O Guia Introdutório para EEG

No laboratório, os cientistas podem medir o tempo, a magnitude e a frequência das ondas cerebrais para determinar quão engajada ou desengajada está a mente de uma pessoa durante as tarefas. Por exemplo, quando uma pessoa vê ou ouve algo para o qual estava assistindo, seu EEG mostra uma resposta muito específica chamada P300, que é uma onda de grande amplitude que ocorre cerca de 300 ms após a aparição do objeto [3]. Da mesma forma, uma diminuição nas oscilações alfa pode indicar que alguém está prestando atenção a algo [4]. Estar sonolento também produz assinaturas de EEG detectáveis por meio de mudanças nas oscilações delta, theta e alfa [5].

Como podemos medir a atenção em um carro?

Em um veículo, podemos medir a atenção e a sonolência usando métodos comportamentais. Por exemplo, câmeras poderiam acompanhar os olhos dos motoristas para garantir que eles estão olhando para a estrada. Da mesma forma, câmeras poderiam detectar quando as cabeças dos motoristas começam a balançar, indicando que estão sonolentos. No entanto, só porque uma pessoa está olhando para a estrada ou sua cabeça não está caindo, não significa que ela está prestando atenção ou que não está fatigada. O EEG pode aumentar a detecção desses estados perigosos. Eles podem até ser capazes de prever esses estados antes que sejam detectáveis de forma comportamental.



Neurociência ao volante - O EEG pode aumentar a detecção desses estados perigosos. Eles podem até ser capazes de prever esses estados antes que sejam detectáveis de forma comportamental.

Em 2020, pesquisadores realizaram uma revisão sistemática de estudos que usaram fones de ouvido EEG comercialmente disponíveis para detectar sonolência em tempo real [6]. Eles relataram que o fone de ouvido mais utilizado nesses tipos de estudos foi o fabricado pela EMOTIV, seguido por Neurosky, Interaxon e OpenBCI. Para detecção de sonolência, descobriram que mesmo recursos básicos de EEG, como oscilações de frequência, poderiam ser usados para detectar sonolência. No entanto, observam que, em muitos casos, “a otimização algorítmica ainda é necessária”, o que significa que algoritmos de aprendizado de máquina resultaram em detecções mais precisas.

Aproveitando EEG comercial e algoritmos de aprendizado de máquina para nos ajudar a viver com mais segurança

A EMOTIV tem sido a líder em EEG comercial por mais de uma década. Durante esse tempo, desenvolveram sistemas de EEG em várias formas, desde bonés de pesquisa tradicionais de 32 canais até fones de ouvido intra-auriculares de 2 canais. Sistemas com formatos compactos, como os fones de ouvido MN8 ou Insight, representam os primeiros passos em direção à neurotecnologia utilizável no dia a dia. Ao integrar esse tipo de hardware aos controles do automóvel, podemos ser capazes de prevenir acidentes antes que os estados mentais que contribuem eles ocorram.



Neurociência ao volante - Aproveitando EEG comercial e algoritmos de aprendizado de máquina para nos ajudar a viver com mais segurança.

Integrar hardware de EEG nos veículos é apenas parte da solução. Para capitalizar os dados cerebrais adquiridos, precisamos processá-los em métricas úteis. Algoritmos sofisticados de aprendizado de máquina alcançam isso ao decodificar dados de EEG em recursos que podem indexar estados mentais específicos. Até agora, a EMOTIV desenvolveu sete detecções desse tipo: frustração, interesse, relaxamento, engajamento, excitação, atenção e estresse. Os engenheiros da EMOTIV trabalharam em estreita colaboração com neurocientistas para desenvolver essas detecções por meio de rigorosos estudos experimentais que usam protocolos conhecidos para elicitar esses estados. No domínio automobilístico, a Emotiv atualmente está aprimorando uma detecção de distração do motorista desenvolvida em um simulador de direção. Isso segue resultados promissores de uma colaboração com o Royal Automobile Club da Austrália Ocidental, que resultou em um carro acionado pela atenção que desacelerava quando a atenção diminuía [7]. Você pode encontrar alguns vídeos da colaboração e os resultados no YouTube.

Neurociência e o futuro da condução



Neurociência ao volante - Neurociência e o futuro da condução.

Desde intervenções iniciais, como cintos de segurança e faixas de alerta, até intervenções modernas, como frenagem automática de emergência e direção assistida, nossos carros se tornaram muito mais seguros. No entanto, o número de pessoas que morrem em acidentes a cada ano demonstra que temos um longo caminho a percorrer antes de chegarmos ao ponto em que os veículos possam ser considerados "seguros". À medida que a tecnologia avança, nossos carros certamente continuarão a ficar mais seguros, mas enquanto os humanos forem os operadores predominantes dos veículos, continuarão a ocorrer acidentes causados por humanos. A tecnologia EEG representa uma avenida particularmente promissora para mitigar o fator humano, detectando indicadores sutis e intervindo antes que condições que causam acidentes ocorram.

Referências

[1] National Center for Statistics and Analysis, “Estimativa inicial de fatalidades no tráfego de veículos em 2020.” Administração Nacional de Segurança no Tráfego Rodoviário, Maio de 2021. Acessado: 04 de jan. de 2022. [Online]. Disponível: https://crashstats.nhtsa.dot.gov/Api/Public/ViewPublication/813115

[2] Centro Nacional de Estatísticas e Análises. “Visão geral dos acidentes de veículos em 2019.” Administração Nacional de Segurança no Tráfego Rodoviário, 2020.

[3] S. J. Luck e E. S. Kappenman, O Manual de Oxford dos Componentes de Potenciais Relacionados a Eventos. Oxford University Press, 2011.

[4] G. Thut, “Atividade Eletroencefalográfica na Banda Alfa sobre o Córtex Occipital Indexa Viés de Atenção Visuoespacial e Prediz a Detecção de Alvos Visuais,” J. Neurosci., vol. 26, nº 37, pp. 9494–9502, set. 2006, doi: 10.1523/JNEUROSCI.0875-06.2006.

[5] C.-H. Chuang, C.-S. Huang, L.-W. Ko e C.-T. Lin, “Uma rede de integração de funções perceptuais baseada em EEG para aplicação à direção sonolenta,” Knowl.-Based Syst., vol. 80, pp. 143–152, mai. 2015, doi: 10.1016/j.knosys.2015.01.007.

[6] J. LaRocco, M. D. Le, e D.-G. Paeng, “Uma Revisão Sistemática dos Fones de Ouvido EEG de Baixo Custo Disponíveis para Detecção de Sonolência,” Front. Neuroinformatics, vol. 14, p. 42, 2020, doi: 10.3389/fninf.2020.553352.[7] “Pesquisadores da Austrália revelam carro acionado por atenção,” 2013. https://phys.org/news/2013-09-australia-unveil-attention-powered-car.html (acessado em 12 de jan. de 2022).

Escrito pelo Dr. Nikolas Williams, Cientista de Pesquisa da EMOTIV.

Vários meses atrás, voltei para os EUA depois de oito anos vivendo no exterior. Parte de recomeçar significou adquirir todas as coisas que se precisa para a vida. Além de um sofá, cama e mesa de jantar, eu, claro, precisava de um carro. Considerando-me uma pessoa financeiramente inteligente, procurei exclusivamente por modelos mais antigos e econômicos, mas fui rapidamente desanimado pelos preços inflacionados e pela escassez de estoque. O mercado de carros usados de 2021 estava efetivamente me forçando a comprar um carro novo, o que eu acabei fazendo. Minha desilusão por violar os princípios básicos das finanças pessoais foi rapidamente substituída por um entusiasmo desenfreado pelo conforto e recursos que vieram com meu novíssimo SUV Toyota.

Fiquei particularmente impressionado com os recursos de direção autônoma que, até este ponto, eu só tinha lido sobre. A direção assistida e o radar de alerta à frente tornaram as longas viagens muito mais fáceis. Eu apenas precisava manter os olhos na estrada e uma mão descansando no volante, e meu carro basicamente dirigia-se sozinho. Somando-se a isso, o sistema de prevenção de colisões, o monitoramento de pontos cegos, câmeras voltadas para trás com um sistema de alerta para garantir que eu não atropelasse ninguém que estivesse passando atrás de mim, e este novo carro era objetivamente muito mais seguro do que os carros de modelo antigo que eu tinha dirigido na maior parte da última década.

Os carros, claro, ainda não dirigem sozinhos. Embora tenham recursos autônomos e de segurança interessantes, os carros ainda requerem supervisão do motorista e, quando necessário, intervenção. Estamos longe de remover o componente humano da direção e é esse componente que é predominantemente responsável por acidentes de automóvel e fatalidades. Os humanos cometem erros ao volante. Seja porque decidem que operar um veículo após beber é uma boa ideia, ou que acelerar é divertido, ou que precisam percorrer apenas mais algumas milhas antes de parar para descansar, os humanos causam muitos incidentes automobilísticos evitáveis.

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De acordo com a Administração Nacional de Segurança no Tráfego Rodoviário (NHTSA), houve 36.096 fatalidades no tráfego de veículos em 2019. Para 2020, as fatalidades são estimadas em mais de 38.000 [1]. Uma grande porcentagem disso se deve à condução arriscada e, portanto, é evitável. A NHTSA identificou seis tipos de direção arriscada: Excesso de velocidade, direção sob influência de álcool e drogas, não usar (ou usar inadequadamente) cintos de segurança, direção distraída e direção sonolenta. Como dois terços de todas as fatalidades no trânsito podem ser atribuídos à velocidade excessiva e à direção sob influência, muitas campanhas de intervenção estão corretamente direcionadas a abordar esses riscos. No entanto, a direção distraída e sonolenta resulta em um número não trivial de fatalidades, com 3.142 mortes relacionadas à distração e 697 mortes relacionadas à sonolência em 2019 [2].

Usando neurociência para medir a atenção no laboratório



Neurociência ao volante - Usando neurociência para medir a atenção no laboratório.

Os neurocientistas usam vários métodos para medir a atenção no laboratório. Um desses métodos aproveita o fato de que nosso cérebro libera pequenas quantidades de eletricidade à medida que seus neurônios disparam. Usando eletroencefalograma (EEG), podemos medir as flutuações nessa eletricidade para entender quando e onde o cérebro está ativo. A velocidade, ou frequência, com que essas flutuações ocorrem é conhecida como oscilações, ou mais comumente, ondas cerebrais. A frequência das ondas cerebrais pode proporcionar uma visão sobre estados ou processos mentais.

Por exemplo, as ondas cerebrais que oscilam entre 14 e 30 vezes por segundo (ou 14 - 30 Hz) são conhecidas como ondas beta e estão associadas a altos níveis de engajamento mental. Oscilações na faixa de 8 - 13 Hz são conhecidas como ondas alfa e geralmente estão presentes durante períodos de relaxamento ou atenção passiva. Por exemplo, você frequentemente veria ondas alfa quando uma pessoa estava meditando. As ondas theta são oscilações entre 4 e 7 Hz e vistas quando uma pessoa está profundamente relaxada ou sonolenta. As ondas mais lentas são as ondas delta (1 - 4 Hz) e são observadas quando uma pessoa está profundamente adormecida.

Veja o post relacionado O Guia Introdutório para EEG

No laboratório, os cientistas podem medir o tempo, a magnitude e a frequência das ondas cerebrais para determinar quão engajada ou desengajada está a mente de uma pessoa durante as tarefas. Por exemplo, quando uma pessoa vê ou ouve algo para o qual estava assistindo, seu EEG mostra uma resposta muito específica chamada P300, que é uma onda de grande amplitude que ocorre cerca de 300 ms após a aparição do objeto [3]. Da mesma forma, uma diminuição nas oscilações alfa pode indicar que alguém está prestando atenção a algo [4]. Estar sonolento também produz assinaturas de EEG detectáveis por meio de mudanças nas oscilações delta, theta e alfa [5].

Como podemos medir a atenção em um carro?

Em um veículo, podemos medir a atenção e a sonolência usando métodos comportamentais. Por exemplo, câmeras poderiam acompanhar os olhos dos motoristas para garantir que eles estão olhando para a estrada. Da mesma forma, câmeras poderiam detectar quando as cabeças dos motoristas começam a balançar, indicando que estão sonolentos. No entanto, só porque uma pessoa está olhando para a estrada ou sua cabeça não está caindo, não significa que ela está prestando atenção ou que não está fatigada. O EEG pode aumentar a detecção desses estados perigosos. Eles podem até ser capazes de prever esses estados antes que sejam detectáveis de forma comportamental.



Neurociência ao volante - O EEG pode aumentar a detecção desses estados perigosos. Eles podem até ser capazes de prever esses estados antes que sejam detectáveis de forma comportamental.

Em 2020, pesquisadores realizaram uma revisão sistemática de estudos que usaram fones de ouvido EEG comercialmente disponíveis para detectar sonolência em tempo real [6]. Eles relataram que o fone de ouvido mais utilizado nesses tipos de estudos foi o fabricado pela EMOTIV, seguido por Neurosky, Interaxon e OpenBCI. Para detecção de sonolência, descobriram que mesmo recursos básicos de EEG, como oscilações de frequência, poderiam ser usados para detectar sonolência. No entanto, observam que, em muitos casos, “a otimização algorítmica ainda é necessária”, o que significa que algoritmos de aprendizado de máquina resultaram em detecções mais precisas.

Aproveitando EEG comercial e algoritmos de aprendizado de máquina para nos ajudar a viver com mais segurança

A EMOTIV tem sido a líder em EEG comercial por mais de uma década. Durante esse tempo, desenvolveram sistemas de EEG em várias formas, desde bonés de pesquisa tradicionais de 32 canais até fones de ouvido intra-auriculares de 2 canais. Sistemas com formatos compactos, como os fones de ouvido MN8 ou Insight, representam os primeiros passos em direção à neurotecnologia utilizável no dia a dia. Ao integrar esse tipo de hardware aos controles do automóvel, podemos ser capazes de prevenir acidentes antes que os estados mentais que contribuem eles ocorram.



Neurociência ao volante - Aproveitando EEG comercial e algoritmos de aprendizado de máquina para nos ajudar a viver com mais segurança.

Integrar hardware de EEG nos veículos é apenas parte da solução. Para capitalizar os dados cerebrais adquiridos, precisamos processá-los em métricas úteis. Algoritmos sofisticados de aprendizado de máquina alcançam isso ao decodificar dados de EEG em recursos que podem indexar estados mentais específicos. Até agora, a EMOTIV desenvolveu sete detecções desse tipo: frustração, interesse, relaxamento, engajamento, excitação, atenção e estresse. Os engenheiros da EMOTIV trabalharam em estreita colaboração com neurocientistas para desenvolver essas detecções por meio de rigorosos estudos experimentais que usam protocolos conhecidos para elicitar esses estados. No domínio automobilístico, a Emotiv atualmente está aprimorando uma detecção de distração do motorista desenvolvida em um simulador de direção. Isso segue resultados promissores de uma colaboração com o Royal Automobile Club da Austrália Ocidental, que resultou em um carro acionado pela atenção que desacelerava quando a atenção diminuía [7]. Você pode encontrar alguns vídeos da colaboração e os resultados no YouTube.

Neurociência e o futuro da condução



Neurociência ao volante - Neurociência e o futuro da condução.

Desde intervenções iniciais, como cintos de segurança e faixas de alerta, até intervenções modernas, como frenagem automática de emergência e direção assistida, nossos carros se tornaram muito mais seguros. No entanto, o número de pessoas que morrem em acidentes a cada ano demonstra que temos um longo caminho a percorrer antes de chegarmos ao ponto em que os veículos possam ser considerados "seguros". À medida que a tecnologia avança, nossos carros certamente continuarão a ficar mais seguros, mas enquanto os humanos forem os operadores predominantes dos veículos, continuarão a ocorrer acidentes causados por humanos. A tecnologia EEG representa uma avenida particularmente promissora para mitigar o fator humano, detectando indicadores sutis e intervindo antes que condições que causam acidentes ocorram.

Referências

[1] National Center for Statistics and Analysis, “Estimativa inicial de fatalidades no tráfego de veículos em 2020.” Administração Nacional de Segurança no Tráfego Rodoviário, Maio de 2021. Acessado: 04 de jan. de 2022. [Online]. Disponível: https://crashstats.nhtsa.dot.gov/Api/Public/ViewPublication/813115

[2] Centro Nacional de Estatísticas e Análises. “Visão geral dos acidentes de veículos em 2019.” Administração Nacional de Segurança no Tráfego Rodoviário, 2020.

[3] S. J. Luck e E. S. Kappenman, O Manual de Oxford dos Componentes de Potenciais Relacionados a Eventos. Oxford University Press, 2011.

[4] G. Thut, “Atividade Eletroencefalográfica na Banda Alfa sobre o Córtex Occipital Indexa Viés de Atenção Visuoespacial e Prediz a Detecção de Alvos Visuais,” J. Neurosci., vol. 26, nº 37, pp. 9494–9502, set. 2006, doi: 10.1523/JNEUROSCI.0875-06.2006.

[5] C.-H. Chuang, C.-S. Huang, L.-W. Ko e C.-T. Lin, “Uma rede de integração de funções perceptuais baseada em EEG para aplicação à direção sonolenta,” Knowl.-Based Syst., vol. 80, pp. 143–152, mai. 2015, doi: 10.1016/j.knosys.2015.01.007.

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