- Resultados de um experimento em que a área cerebral de processamento olfativo foi estimulada com ultrassom para induzir em pessoas a sensação de cheiros específicos
- Um transdutor foi preso à testa para concentrar o ultrassom na direção do bulbo olfatório, reproduzindo quatro cheiros em duas pessoas (ar fresco, lixo, ozônio e fumaça de lenha)
- Ultrassom de baixa frequência a 300kHz, profundidade focal de cerca de 39mm, ajustado em ângulos de 50 a 55 graus para controlar com precisão o local do estímulo
- O experimento mediu pressão, índice mecânico e calor para verificar a segurança, além de definir limites de ângulo para evitar danos ao nervo óptico
- Ao usar o estímulo olfativo para explorar seu potencial como canal não invasivo de entrada de informação no cérebro, o trabalho sugere a possibilidade de expansão futura para pesquisas de estimulação neural de ordem superior capazes de fazer alguém “perceber significado por meio de cheiros”
Visão geral do experimento
- O transdutor de ultrassom foi apontado para a área cerebral de processamento olfativo (bulbo olfatório) para induzir diferentes sensações de cheiro
- Diferentes posições de foco correspondiam a diferentes sensações olfativas
- A reprodução teve sucesso na primeira tentativa com dois participantes e depois foi validada com teste cego
- Foram induzidas quatro sensações
- Cheiro de ar fresco rico em oxigênio
- Cheiro de lixo, como casca de fruta podre
- Cheiro de ozônio perto de um ionizador de ar
- Cheiro de lenha queimando
Configuração do experimento
- O bulbo olfatório fica atrás da parte superior do nariz, o que dificulta o acesso
- O interior do nariz não é plano e está cheio de ar, o que o torna inadequado para condução de ultrassom
- Um transdutor foi fixado sobre a testa e o ultrassom foi apontado para baixo
- O seio frontal enfraquece o sinal, mas é possível alcançar a região-alvo ajustando a posição
- No início, a sonda era mantida com a mão, mas como isso não era estável, foi criado um headset improvisado
- Em vez de gel, foi usado um pad em forma de gelatina sólida para garantir estabilidade e conforto
- Uma faca foi presa com fita ao transdutor para fornecer suporte mecânico (mantida por causa de prevenção contra erro de software)
- Também foi testado um método tipo protetor bucal usando os dentes, mas ele foi abandonado porque não permitia descrever os cheiros
Configuração do ultrassom
- Foi usada a imagem de MRI de Lev para verificar o alinhamento entre a posição do foco e o bulbo olfatório
- Condições ideais
- Frequência: 300kHz (baixa frequência adequada para atravessar o crânio)
- Profundidade focal: cerca de 39mm
- Ângulo de apontamento: 50 a 55 graus
- Pulso: 5 ciclos, taxa de repetição de 1200Hz
- Em outro participante (Albert), o mesmo efeito foi confirmado sem MRI, com apenas pequenos ajustes de posição
Verificação de segurança
- Medição do campo de saída: pressão de 150 a 250kPa em tanque de água, índice mecânico máximo de 0,4
- Intensidade uma ordem de grandeza menor que a do tFUS comum, dentro dos limites de segurança mecânica e térmica
- Evitar o nervo óptico: minimização de assimetria e ajuste para ângulos de 15 graus ou menos
- Como o bulbo olfatório fica ligeiramente fora do centro, foi usado um ângulo lateral de cerca de 2 graus
Resultados
- Os dois participantes experimentaram as quatro sensações
- Os cheiros eram fortes e localizados ao redor do nariz, enquanto a sensação era fraca e difusa
- Eram sentidos com mais intensidade durante a inspiração
- Um dos participantes sentiu cheiro de lixo e achou que o caminhão de lixo tinha chegado de verdade
- Foi possível distinguir diferentes cheiros em uma faixa de deslocamento do foco de cerca de 14mm
- A diferença de foco entre frescor e cheiro de queimado foi de cerca de 3,5mm
- Mascaramento auditivo (música tocando nos AirPods) foi usado para excluir efeito placebo
- No teste cego, os participantes conseguiram distinguir os cheiros de acordo com a posição do foco
- Mesmo com pequeno deslocamento do foco, foi possível induzir cheiros diferentes, confirmando resolução de estímulo acima da resolução do ultrassom
- Isso foi descrito como “super-resolução da neuroestimulação (super-resolution)”
- Direções futuras de melhoria: dispositivo estável, aumento de frequência, ajuste de posição, tamanho do foco e forma de onda
O significado do estímulo olfativo
- O estímulo olfativo vai além de uma simples implementação de cheiro em VR e pode ser usado como canal não invasivo de entrada para o cérebro
- Humanos têm cerca de 400 tipos de receptores olfativos, capazes de distinguir diferenças sutis por combinação
- Somando as duas narinas, isso pode formar um canal de entrada de até 800 dimensões, semelhante às dimensões do espaço latente (latent space) de um LLM
- Em teoria, seria possível codificar o significado de um parágrafo em um vetor de 400 dimensões e “entender significado pelo cheiro”
- O sistema olfativo está ligado diretamente ao hipocampo (memória) e à amígdala (emoção), o que simplifica a rota de transmissão de informação
- O sistema visual tem muitas etapas intermediárias de processamento, o que dificulta a mesma abordagem
- O olfato é um canal sensorial menos usado que visão e audição, o que o torna adequado para novas interfaces de neuroestimulação
- Até agora, foram implementados quatro cheiros, e a melhoria do bitrate do estímulo olfativo pode permitir expressar mais cheiros e significados
- “Se controlarmos todos os 400 vetores-base, poderemos sentir significado como cheiro”
- Por enquanto, isso representa o primeiro 1% alcançado
Agradecimentos
- Agradecimentos a Raffi Hotter, Aidan Smith e Mason Wang pelo feedback
1 comentários
Comentários no Hacker News
A IA vai “hackear” nosso sistema nervoso e fornecer diretamente experiências criadas artificialmente
Vendo resultados de pesquisa como estes, esse futuro parece bem plausível
Só que a postagem não está recebendo muita atenção, então vou colocá-la no second chance pool para tentar levá-la de volta à página principal
Dá para pedir até para o próprio texto, mas é melhor quando outra pessoa o encontra por acaso e o recomenda
Até pessoas que tiveram parosmia por causa da covid em geral relataram sentir cheiros ruins
Curiosamente, quase nunca sinto cheiros muito desagradáveis. Em compensação, consigo detectar cheiro de gás
Vai surgir a combinação porn + VR + smell
Em vez disso, a ideia de uma colaboração com perfumes é interessante — algo como borrifar o perfume que a atriz usou na gravação enquanto assiste
Ainda assim, é duvidoso que marcas de perfume de luxo queiram esse tipo de parceria
No começo da comercialização, é muito provável que esse setor seja um dos primeiros a aplicar isso
Em breve talvez até invista diretamente em pesquisas relacionadas. Pode acabar virando algo como a disputa VHS vs Betamax
Comi uma cenoura e senti como se tivesse ganhado uma promoção
Vibration theory of olfaction
Se forem ondas, talvez se aplique o princípio de harmonia e dissonância da música
Dizem que Robert Hooke também pensava algo assim — texto original
Mas, se for um método que estimula diretamente os receptores olfativos, talvez haja consistência justamente por imitar o efeito do estímulo em si