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 após oito anos vivendo no exterior. Parte de recomeçar significava comprar todas as coisas que alguém precisa para a vida. Além de um sofá, cama e mesa de jantar, eu, claro, precisava de um carro. Considerando-me uma pessoa financeiramente consciente, procurei exclusivamente por modelos mais antigos e econômicos, mas rapidamente fiquei desanimado pelos preços inflacionados e pela escassez de estoque. O mercado de carros usados de 2021 estava me intimidando a comprar um carro novo, o que eu acabei fazendo. Minha decepção por violar os princípios básicos de 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 momento, eu apenas tinha lido sobre. A direção assistida e o radar voltado para frente tornaram as longas viagens uma facilidade. Eu apenas precisava manter os olhos na estrada e uma mão descansando no volante, e meu carro basicamente dirigia-se sozinho. Considerando a prevenção de colisões, monitoramento de ponto cego, câmeras traseiras com um sistema de alerta para garantir que eu não estivesse batendo em ninguém que cruzasse atrás de mim, este novo carro era objetivamente muito mais seguro do que os carros mais antigos que eu havia dirigido por boa parte da última década.

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

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

Segundo a Administração Nacional de Segurança no Tráfego Rodoviário (NHTSA), houve 36.096 fatalidades de tráfego de veículos motorizados em 2019. Para 2020, estima-se que as fatalidades ultrapassem 38.000 [1]. Uma grande porcentagem dessas fatalidades se deve à condução arriscada e, portanto, é evitável. A NHTSA identificou seis tipos de condução arriscada: aceleração, direção embriagada e sob o efeito de drogas, não utilização (ou uso inadequado) de cintos de segurança, direção distraída e direção sonolenta. Como dois terços de todas as fatalidades de tráfego podem ser atribuídas à aceleração e à condução embriagada, muitas campanhas de intervenção são corretamente direcionadas para abordar esses riscos. No entanto, a direção distraída e sonolenta resulta em um número considerável 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 no volante - Usando neurociência para medir a atenção no laboratório.

Neurocientistas usam vários métodos para medir a atenção em laboratório. Um desses métodos capitaliza 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 fornecer insights sobre estados ou processos mentais.

Por exemplo, as ondas cerebrais que oscilam de 14 a 30 vezes por segundo (ou 14 - 30 Hz) são conhecidas como ondas beta e estão associadas a altos níveis de envolvimento 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 normalmente veria ondas alfa quando uma pessoa está meditando. Ondas theta são oscilações entre 4 e 7 Hz e são vistas quando uma pessoa está profundamente relaxada ou sonolenta. As ondas mais lentas são ondas delta (1 - 4 Hz) e são observadas quando uma pessoa está dormindo profundamente.

Veja o post relacionado O Guia Introdutório ao 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 tarefas. Por exemplo, quando uma pessoa vê ou ouve algo que estava esperando, 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 de perto a algo [4]. Estar sonolento também produz assinaturas 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 podem rastrear os olhos dos motoristas para garantir que eles estão olhando para a estrada. Da mesma forma, câmeras podem detectar quando as cabeças dos motoristas começam a balançar, indicando que estão sonolentos. No entanto, apenas 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 de se tornarem detectáveis comportamentalmente. 

Neurociência no volante - O EEG pode aumentar a detecção desses estados perigosos. Eles podem até ser capazes de prever esses estados antes de se tornarem detectáveis comportamentalmente.

Em 2020, pesquisadores realizaram uma revisão sistemática de estudos que usaram headsets de EEG comercialmente disponíveis para detectar sonolência em tempo real [6]. Eles relataram que o headset mais usado nesses tipos de estudos eram aqueles fabricados pela EMOTIV, seguidos pelos da Neurosky, Interaxon e OpenBCI. Para a detecção de sonolência, descobriram que mesmo recursos básicos de EEG, como oscilações de frequência, poderiam ser usados para detectar sonolência. No entanto, eles observam que em muitos casos, “a otimização algorítmica continua sendo necessária”, o que significa que algoritmos de aprendizado de máquina resultaram em detecções mais precisas.

Aproveitando o EEG comercial e algoritmos de aprendizado de máquina para ajudar a nos manter mais seguros

A EMOTIV tem sido a líder em EEG comercial por mais de uma década. Durante esse tempo, eles 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 rumo à neurotecnologia utilizável no dia a dia. Ao integrar esses tipos de hardware nos controles dos automóveis, podemos ser capazes de prevenir acidentes antes que os estados mentais contribuintes ocorram. 

Neurociência no volante - Aproveitando o EEG comercial e algoritmos de aprendizado de máquina para ajudar a nos manter mais seguros.

Integrar hardware EEG em veículos é apenas parte da solução. Para capitalizar sobre os dados cerebrais adquiridos, precisamos processá-los em métricas úteis. Algoritmos sofisticados de aprendizado de máquina alcançam isso decodificando dados de EEG em recursos que podem indexar estados mentais específicos. Até agora, a EMOTIV desenvolveu sete tais detecções: frustração, interesse, relaxamento, envolvimento, excitação, atenção e estresse. Os engenheiros da EMOTIV trabalharam em estreita colaboração com neurocientistas para desenvolver essas detecções por meio de estudos experimentais rigorosos que usam protocolos conhecidos para elicitar esses estados. No domínio automotivo, a Emotiv está atualmente refinando uma detecção de distração do motorista desenvolvida dentro de um simulador de direção. Isso segue resultados promissores de uma  colaboração com o Real 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 no volante - Neurociência e o futuro da condução.

Desde intervenções iniciais, como cintos de segurança e faixas de aviso, 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 ainda temos um longo caminho a percorrer até atingirmos um ponto em que os veículos possam ser considerados "seguros". À medida que a tecnologia avança, nossos carros continuarão, sem dúvida, a ficar mais seguros, mas enquanto os humanos forem os operadores predominantes dos veículos, haverá continuam acidentes causados por humanos. A tecnologia EEG representa uma via particularmente promissora para mitigar o fator humano detectando indicadores sutis e intervindo antes que as condições que causam acidentes ocorram.

Referências

[1] National Center for Statistics and Analysis, “Estimativa inicial de fatalidades de tráfego de veículos motorizados 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] National Center for Statistics and Analysis., “Visão geral dos acidentes de veículos motorizados 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, “A atividade eletroencefalográfica da banda alfa sobre o córtex occipital indexa o viés de atenção visuoespacial e prevê 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 função perceptual baseada em EEG para aplicação em direção sonolenta,” Knowl.-Based Syst., vol. 80, pp. 143–152, Maio de 2015, doi: 10.1016/j.knosys.2015.01.007.

[6] J. LaRocco, M. D. Le e D.-G. Paeng, “Uma Revisão Sistemática dos Headsets de EEG de Baixo Custo Disponíveis para Detecção de Sonolência,” Front. Neuroinformatics, vol. 14, p. 42, 2020, doi: 10.3389/fninf.2020.553352.[7] “Pesquisadores australianos revelam carro ‘acionado pela 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 após oito anos vivendo no exterior. Parte de recomeçar significava comprar todas as coisas que alguém precisa para a vida. Além de um sofá, cama e mesa de jantar, eu, claro, precisava de um carro. Considerando-me uma pessoa financeiramente consciente, procurei exclusivamente por modelos mais antigos e econômicos, mas rapidamente fiquei desanimado pelos preços inflacionados e pela escassez de estoque. O mercado de carros usados de 2021 estava me intimidando a comprar um carro novo, o que eu acabei fazendo. Minha decepção por violar os princípios básicos de 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 momento, eu apenas tinha lido sobre. A direção assistida e o radar voltado para frente tornaram as longas viagens uma facilidade. Eu apenas precisava manter os olhos na estrada e uma mão descansando no volante, e meu carro basicamente dirigia-se sozinho. Considerando a prevenção de colisões, monitoramento de ponto cego, câmeras traseiras com um sistema de alerta para garantir que eu não estivesse batendo em ninguém que cruzasse atrás de mim, este novo carro era objetivamente muito mais seguro do que os carros mais antigos que eu havia dirigido por boa parte da última década.

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

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

Segundo a Administração Nacional de Segurança no Tráfego Rodoviário (NHTSA), houve 36.096 fatalidades de tráfego de veículos motorizados em 2019. Para 2020, estima-se que as fatalidades ultrapassem 38.000 [1]. Uma grande porcentagem dessas fatalidades se deve à condução arriscada e, portanto, é evitável. A NHTSA identificou seis tipos de condução arriscada: aceleração, direção embriagada e sob o efeito de drogas, não utilização (ou uso inadequado) de cintos de segurança, direção distraída e direção sonolenta. Como dois terços de todas as fatalidades de tráfego podem ser atribuídas à aceleração e à condução embriagada, muitas campanhas de intervenção são corretamente direcionadas para abordar esses riscos. No entanto, a direção distraída e sonolenta resulta em um número considerável 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 no volante - Usando neurociência para medir a atenção no laboratório.

Neurocientistas usam vários métodos para medir a atenção em laboratório. Um desses métodos capitaliza 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 fornecer insights sobre estados ou processos mentais.

Por exemplo, as ondas cerebrais que oscilam de 14 a 30 vezes por segundo (ou 14 - 30 Hz) são conhecidas como ondas beta e estão associadas a altos níveis de envolvimento 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 normalmente veria ondas alfa quando uma pessoa está meditando. Ondas theta são oscilações entre 4 e 7 Hz e são vistas quando uma pessoa está profundamente relaxada ou sonolenta. As ondas mais lentas são ondas delta (1 - 4 Hz) e são observadas quando uma pessoa está dormindo profundamente.

Veja o post relacionado O Guia Introdutório ao 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 tarefas. Por exemplo, quando uma pessoa vê ou ouve algo que estava esperando, 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 de perto a algo [4]. Estar sonolento também produz assinaturas 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 podem rastrear os olhos dos motoristas para garantir que eles estão olhando para a estrada. Da mesma forma, câmeras podem detectar quando as cabeças dos motoristas começam a balançar, indicando que estão sonolentos. No entanto, apenas 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 de se tornarem detectáveis comportamentalmente. 

Neurociência no volante - O EEG pode aumentar a detecção desses estados perigosos. Eles podem até ser capazes de prever esses estados antes de se tornarem detectáveis comportamentalmente.

Em 2020, pesquisadores realizaram uma revisão sistemática de estudos que usaram headsets de EEG comercialmente disponíveis para detectar sonolência em tempo real [6]. Eles relataram que o headset mais usado nesses tipos de estudos eram aqueles fabricados pela EMOTIV, seguidos pelos da Neurosky, Interaxon e OpenBCI. Para a detecção de sonolência, descobriram que mesmo recursos básicos de EEG, como oscilações de frequência, poderiam ser usados para detectar sonolência. No entanto, eles observam que em muitos casos, “a otimização algorítmica continua sendo necessária”, o que significa que algoritmos de aprendizado de máquina resultaram em detecções mais precisas.

Aproveitando o EEG comercial e algoritmos de aprendizado de máquina para ajudar a nos manter mais seguros

A EMOTIV tem sido a líder em EEG comercial por mais de uma década. Durante esse tempo, eles 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 rumo à neurotecnologia utilizável no dia a dia. Ao integrar esses tipos de hardware nos controles dos automóveis, podemos ser capazes de prevenir acidentes antes que os estados mentais contribuintes ocorram. 

Neurociência no volante - Aproveitando o EEG comercial e algoritmos de aprendizado de máquina para ajudar a nos manter mais seguros.

Integrar hardware EEG em veículos é apenas parte da solução. Para capitalizar sobre os dados cerebrais adquiridos, precisamos processá-los em métricas úteis. Algoritmos sofisticados de aprendizado de máquina alcançam isso decodificando dados de EEG em recursos que podem indexar estados mentais específicos. Até agora, a EMOTIV desenvolveu sete tais detecções: frustração, interesse, relaxamento, envolvimento, excitação, atenção e estresse. Os engenheiros da EMOTIV trabalharam em estreita colaboração com neurocientistas para desenvolver essas detecções por meio de estudos experimentais rigorosos que usam protocolos conhecidos para elicitar esses estados. No domínio automotivo, a Emotiv está atualmente refinando uma detecção de distração do motorista desenvolvida dentro de um simulador de direção. Isso segue resultados promissores de uma  colaboração com o Real 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 no volante - Neurociência e o futuro da condução.

Desde intervenções iniciais, como cintos de segurança e faixas de aviso, 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 ainda temos um longo caminho a percorrer até atingirmos um ponto em que os veículos possam ser considerados "seguros". À medida que a tecnologia avança, nossos carros continuarão, sem dúvida, a ficar mais seguros, mas enquanto os humanos forem os operadores predominantes dos veículos, haverá continuam acidentes causados por humanos. A tecnologia EEG representa uma via particularmente promissora para mitigar o fator humano detectando indicadores sutis e intervindo antes que as condições que causam acidentes ocorram.

Referências

[1] National Center for Statistics and Analysis, “Estimativa inicial de fatalidades de tráfego de veículos motorizados 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] National Center for Statistics and Analysis., “Visão geral dos acidentes de veículos motorizados 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, “A atividade eletroencefalográfica da banda alfa sobre o córtex occipital indexa o viés de atenção visuoespacial e prevê 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 função perceptual baseada em EEG para aplicação em direção sonolenta,” Knowl.-Based Syst., vol. 80, pp. 143–152, Maio de 2015, doi: 10.1016/j.knosys.2015.01.007.

[6] J. LaRocco, M. D. Le e D.-G. Paeng, “Uma Revisão Sistemática dos Headsets de EEG de Baixo Custo Disponíveis para Detecção de Sonolência,” Front. Neuroinformatics, vol. 14, p. 42, 2020, doi: 10.3389/fninf.2020.553352.[7] “Pesquisadores australianos revelam carro ‘acionado pela 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 após oito anos vivendo no exterior. Parte de recomeçar significava comprar todas as coisas que alguém precisa para a vida. Além de um sofá, cama e mesa de jantar, eu, claro, precisava de um carro. Considerando-me uma pessoa financeiramente consciente, procurei exclusivamente por modelos mais antigos e econômicos, mas rapidamente fiquei desanimado pelos preços inflacionados e pela escassez de estoque. O mercado de carros usados de 2021 estava me intimidando a comprar um carro novo, o que eu acabei fazendo. Minha decepção por violar os princípios básicos de 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 momento, eu apenas tinha lido sobre. A direção assistida e o radar voltado para frente tornaram as longas viagens uma facilidade. Eu apenas precisava manter os olhos na estrada e uma mão descansando no volante, e meu carro basicamente dirigia-se sozinho. Considerando a prevenção de colisões, monitoramento de ponto cego, câmeras traseiras com um sistema de alerta para garantir que eu não estivesse batendo em ninguém que cruzasse atrás de mim, este novo carro era objetivamente muito mais seguro do que os carros mais antigos que eu havia dirigido por boa parte da última década.

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

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

Segundo a Administração Nacional de Segurança no Tráfego Rodoviário (NHTSA), houve 36.096 fatalidades de tráfego de veículos motorizados em 2019. Para 2020, estima-se que as fatalidades ultrapassem 38.000 [1]. Uma grande porcentagem dessas fatalidades se deve à condução arriscada e, portanto, é evitável. A NHTSA identificou seis tipos de condução arriscada: aceleração, direção embriagada e sob o efeito de drogas, não utilização (ou uso inadequado) de cintos de segurança, direção distraída e direção sonolenta. Como dois terços de todas as fatalidades de tráfego podem ser atribuídas à aceleração e à condução embriagada, muitas campanhas de intervenção são corretamente direcionadas para abordar esses riscos. No entanto, a direção distraída e sonolenta resulta em um número considerável 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 no volante - Usando neurociência para medir a atenção no laboratório.

Neurocientistas usam vários métodos para medir a atenção em laboratório. Um desses métodos capitaliza 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 fornecer insights sobre estados ou processos mentais.

Por exemplo, as ondas cerebrais que oscilam de 14 a 30 vezes por segundo (ou 14 - 30 Hz) são conhecidas como ondas beta e estão associadas a altos níveis de envolvimento 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 normalmente veria ondas alfa quando uma pessoa está meditando. Ondas theta são oscilações entre 4 e 7 Hz e são vistas quando uma pessoa está profundamente relaxada ou sonolenta. As ondas mais lentas são ondas delta (1 - 4 Hz) e são observadas quando uma pessoa está dormindo profundamente.

Veja o post relacionado O Guia Introdutório ao 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 tarefas. Por exemplo, quando uma pessoa vê ou ouve algo que estava esperando, 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 de perto a algo [4]. Estar sonolento também produz assinaturas 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 podem rastrear os olhos dos motoristas para garantir que eles estão olhando para a estrada. Da mesma forma, câmeras podem detectar quando as cabeças dos motoristas começam a balançar, indicando que estão sonolentos. No entanto, apenas 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 de se tornarem detectáveis comportamentalmente. 

Neurociência no volante - O EEG pode aumentar a detecção desses estados perigosos. Eles podem até ser capazes de prever esses estados antes de se tornarem detectáveis comportamentalmente.

Em 2020, pesquisadores realizaram uma revisão sistemática de estudos que usaram headsets de EEG comercialmente disponíveis para detectar sonolência em tempo real [6]. Eles relataram que o headset mais usado nesses tipos de estudos eram aqueles fabricados pela EMOTIV, seguidos pelos da Neurosky, Interaxon e OpenBCI. Para a detecção de sonolência, descobriram que mesmo recursos básicos de EEG, como oscilações de frequência, poderiam ser usados para detectar sonolência. No entanto, eles observam que em muitos casos, “a otimização algorítmica continua sendo necessária”, o que significa que algoritmos de aprendizado de máquina resultaram em detecções mais precisas.

Aproveitando o EEG comercial e algoritmos de aprendizado de máquina para ajudar a nos manter mais seguros

A EMOTIV tem sido a líder em EEG comercial por mais de uma década. Durante esse tempo, eles 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 rumo à neurotecnologia utilizável no dia a dia. Ao integrar esses tipos de hardware nos controles dos automóveis, podemos ser capazes de prevenir acidentes antes que os estados mentais contribuintes ocorram. 

Neurociência no volante - Aproveitando o EEG comercial e algoritmos de aprendizado de máquina para ajudar a nos manter mais seguros.

Integrar hardware EEG em veículos é apenas parte da solução. Para capitalizar sobre os dados cerebrais adquiridos, precisamos processá-los em métricas úteis. Algoritmos sofisticados de aprendizado de máquina alcançam isso decodificando dados de EEG em recursos que podem indexar estados mentais específicos. Até agora, a EMOTIV desenvolveu sete tais detecções: frustração, interesse, relaxamento, envolvimento, excitação, atenção e estresse. Os engenheiros da EMOTIV trabalharam em estreita colaboração com neurocientistas para desenvolver essas detecções por meio de estudos experimentais rigorosos que usam protocolos conhecidos para elicitar esses estados. No domínio automotivo, a Emotiv está atualmente refinando uma detecção de distração do motorista desenvolvida dentro de um simulador de direção. Isso segue resultados promissores de uma  colaboração com o Real 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 no volante - Neurociência e o futuro da condução.

Desde intervenções iniciais, como cintos de segurança e faixas de aviso, 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 ainda temos um longo caminho a percorrer até atingirmos um ponto em que os veículos possam ser considerados "seguros". À medida que a tecnologia avança, nossos carros continuarão, sem dúvida, a ficar mais seguros, mas enquanto os humanos forem os operadores predominantes dos veículos, haverá continuam acidentes causados por humanos. A tecnologia EEG representa uma via particularmente promissora para mitigar o fator humano detectando indicadores sutis e intervindo antes que as condições que causam acidentes ocorram.

Referências

[1] National Center for Statistics and Analysis, “Estimativa inicial de fatalidades de tráfego de veículos motorizados 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] National Center for Statistics and Analysis., “Visão geral dos acidentes de veículos motorizados 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, “A atividade eletroencefalográfica da banda alfa sobre o córtex occipital indexa o viés de atenção visuoespacial e prevê 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 função perceptual baseada em EEG para aplicação em direção sonolenta,” Knowl.-Based Syst., vol. 80, pp. 143–152, Maio de 2015, doi: 10.1016/j.knosys.2015.01.007.

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