Interface cérebro máquina na recomendação de conteúdos: integração entre EEG e Eye Tracking

Descrição

A recomendação de conteúdos em plataformas audiovisuais tornou-se componente central da experiência de fruição em serviços de vídeo sob demanda, música e outras mídias digitais. Embora os sistemas atuais utilizem informações como histórico de consumo, avaliações e preferências de perfis semelhantes, ainda é frequente que as sugestões não correspondam plenamente aos interesses reais dos usuários. Essa limitação decorre da dificuldade de representar, em modelos computacionais, fatores subjetivos que influenciam o gosto pessoal, como sinopse, personagens, estrutura narrativa, expectativas, inspirações e desfechos inesperados [1]. Assim, permanece relevante investigar formas mais precisas de compreender a relação entre indivíduos e conteúdos audiovisuais. Representar a subjetividade humana nos algoritmos de recomendação constitui um desafio recorrente para a inteligência artificial. Apesar da ampla disponibilidade de dados comportamentais, esses registros nem sempre capturam nuances emocionais e afetivas associadas ao ato de gostar ou não gostar de uma obra. Uma alternativa consiste em analisar respostas cerebrais durante a fruição audiovisual. Nas ciências cognitivas, admite-se que determinados estados psicológicos estejam associados a padrões neurais passíveis de mensuração e interpretação [2]. Nesse contexto, o eletroencefalograma (EEG) destaca-se como técnica não invasiva capaz de registrar a atividade elétrica cerebral por meio de eletrodos posicionados no couro cabeludo, permitindo identificar padrões e alterações nas ondas cerebrais [3]. No campo da Interação Humano-Computador, o EEG tem sido incorporado às interfaces cérebro-máquina (ICM), possibilitando a conversão de sinais neurais em dados processáveis por sistemas computacionais [4]. Essa abordagem, denominada Interação Cérebro-Computador (ICC), permite interações sem artefatos físicos tradicionais, como teclados, mouses ou controles remotos [5]. Seu objetivo consiste em interpretar informações codificadas na atividade elétrica de grupos neuronais, analisá-las em tempo real e convertê-las em comandos, indicadores ou dados armazenáveis para posterior controle de artefatos digitais [6]. Embora as ICMs tenham origem em aplicações médicas, especialmente voltadas à comunicação e ao controle por pessoas com incapacidades severas [7], também podem ser aplicadas ao mapeamento de atividades cotidianas e de estados afetivos [8, 50]. Estudos recentes evidenciam o potencial da ICC para ampliar as possibilidades da interação humano-computador [9, 43-47]. Ao substituir ou complementar interfaces físicas, a ICM pode tornar a interação mais natural, reduzindo a dependência de aprendizagem instrumental. Os sinais coletados podem gerar respostas imediatas do sistema ou compor perfis de usuário baseados em reações e emoções registradas ao longo do tempo [8, 47, 48]. Entretanto, o EEG, isoladamente, não permite determinar com precisão a origem das emoções mapeadas. Durante a exibição de um filme, por exemplo, uma alteração neural pode coincidir com um desvio de olhar, sem que seja possível afirmar se a reação esteve vinculada ao conteúdo apresentado. Para reduzir essa limitação, este projeto integra o EEG a um sistema de eye tracking, capaz de confirmar a direção do olhar no momento em que determinada emoção for identificada [49, 50, 51]. O eye tracking permite analisar a atenção visual, identificando foco, duração e percurso do olhar. A técnica mensura movimentos oculares, posições dos olhos e pontos de fixação, possibilitando relacionar a atenção do indivíduo aos estímulos exibidos [40, 41, 42]. Em sistemas baseados em vídeo, a direção do olhar é estimada por câmeras, frequentemente por meio da detecção da íris, técnica favorecida pelo contraste entre esclera e íris. Embora apresente boa precisão horizontal, pode ter menor precisão vertical em razão da cobertura parcial da íris pelas pálpebras. Entre os métodos de detecção, destacam-se a pupila escura e a pupila brilhante, ou reflexo do centro da pupila (PCCR), este último baseado em luz infravermelha refletida na retina [39, 42]. A integração entre EEG e rastreamento ocular, portanto, amplia a capacidade de associar estados afetivos aos elementos efetivamente observados pelo usuário. Objetivos O objetivo central da proposta é desenvolver um sistema de recomendação de conteúdos fundamentado na integração entre interação neural e rastreamento ocular. Para isso, pretende-se utilizar os dispositivos EMOTIV INSIGHT e EMOTIV MN8, ambos portáteis e baseados em EEG [10], a fim de registrar sinais cerebrais em diferentes momentos da fruição fílmica. Também será implementado um software de eye tracking em Python, com uso do pacote PyLink. A partir da combinação desses dados, busca-se identificar momentos de maior ou menor afinidade do indivíduo com o filme e relacioná-los a elementos estruturais do roteiro, gerando padrões que possam subsidiar a recomendação de novas obras audiovisuais. Como objetivos complementares, prevê-se realizar estudo aprofundado sobre interfaces cérebro-máquina, considerando transformações comportamentais, culturais e éticas decorrentes de sua disseminação. Será conduzida revisão sistemática da literatura para mapear tecnologias, ferramentas e limitações atuais da Interação Cérebro-Computador, especialmente no que se refere à interpretação subjetiva das emoções humanas. Com isso, pretende-se constituir base teórica e técnica para a prototipagem, implementação e avaliação do sistema proposto. Método A base conceitual e metodológica do estudo será a arquitetura do Design Audiovisual, desenvolvida pelo Grupo de Pesquisa homônimo [11]. O Design Audiovisual (DA) [12, 13, 14, 15, 16, 17, 52] descreve quatro papéis assumidos pelos indivíduos no consumo de conteúdos audiovisuais: Audiência, relacionada à fruição; Sintetizador, associado à organização, compartilhamento e comentário de conteúdos; Modificador, referente à apropriação e transformação de obras; e Produtor, vinculado à criação de novos conteúdos. Cada papel pode alcançar níveis ampliados de atuação, denominados Player, quando há envolvimento mais intenso, uso avançado de recursos ou alteração dos propósitos originais do conteúdo e do sistema. No DA, as relações de interação são organizadas em quatro Linhas de Design: Conteúdo, Identidade, Motivação e Experiência. A primeira refere-se aos elementos próprios da obra; a segunda, à vinculação pessoal do indivíduo com o conteúdo; a terceira, aos fatores de engajamento; e a quarta, à articulação entre fruição e recursos capazes de gerar vivências práticas ou simbólicas. Essas linhas auxiliam a elaboração de projetos de interação, engajamento e produção em sistemas audiovisuais, considerando variáveis que impactam a fruição. Também será considerado o conceito de gatilhos, entendidos como elementos sonoros, visuais, interativos, de interface ou chamadas de ação capazes de estimular comportamentos durante a interação. O Design Audiovisual será utilizado para estruturar a análise dos dados obtidos por EEG e eye tracking, permitindo observar como os gatilhos são percebidos e como se relacionam às Linhas de Identidade, Motivação e Experiência. Desse modo, o projeto buscará articular variáveis narrativas, perceptivas e afetivas, relacionando sinais neurais e atenção visual aos elementos do conteúdo audiovisual. A metodologia incluirá revisão bibliográfica, desenvolvimento de protótipos, integração dos dispositivos de coleta, experimentação com conteúdos audiovisuais e avaliação da qualidade e da usabilidade do sistema de recomendação. Dispositivos EEG do projeto Serão utilizados dois dispositivos da EMOTIV: INSIGHT e MN8. O EMOTIV INSIGHT é um sistema portátil de EEG, de alta resolução, composto por cinco canais, projetado para medições práticas em pesquisas aplicadas. Possui dois braços de eletrodos, com sensores hidratados por solução salina e cobertura dos lobos frontal, pré-frontal, temporal, parietal e occipital. O equipamento utiliza dongle USB com protocolo proprietário de 2,4 GHz para transmissão via Bluetooth, além de acelerômetro de três eixos e giroscópio em formato quaternion, recursos que auxiliam a verificação dos dados, a redução de ruídos e a qualificação dos sinais captados. O INSIGHT é classificado como produto de consumo, não sendo destinado a uso médico ou a ambientes de risco. Seu funcionamento adequado depende de cuidados específicos, como uso em temperatura ambiente, hidratação dos sensores com solução salina e não utilização durante o carregamento da bateria, a fim de evitar interferências nos sinais. Com autonomia aproximada de vinte horas e custo inicial em torno de US$ 900, o dispositivo é considerado adequado e financeiramente viável para a fase inicial do projeto, embora estudos futuros possam demandar equipamentos de EEG mais avançados e mais apropriados à fruição audiovisual prolongada. O EMOTIV MN8, por sua vez, combina fones de ouvido sem fio com sensores EEG intra-auriculares de dois canais, permitindo monitoramento cerebral em tempo real sem gel condutor ou preparação complexa. Seu formato discreto e portátil, composto por fones conectados por estrutura leve, favorece o uso em situações cotidianas e em experimentos de fruição audiovisual. O dispositivo fornece indicadores sobre estados mentais, como foco, estresse e produtividade, processados pelo aplicativo da EMOTIV. Possui conectividade Bluetooth, bateria recarregável com autonomia aproximada de seis horas, microfone integrado e áudio de qualidade, possibilitando o consumo de conteúdos multimídia simultaneamente à coleta de sinais cerebrais. A adoção do MN8 amplia as possibilidades do projeto por aproximar a coleta de dados neurais de contextos naturais de uso. Embora não realize leitura de pensamentos nem tenha finalidade diagnóstica clínica, o dispositivo interpreta padrões elétricos associados a estados cognitivos gerais. Assim, tanto o INSIGHT quanto o MN8 serão empregados como tecnologias complementares na investigação de como sinais cerebrais podem contribuir para sistemas de recomendação mais sensíveis à experiência subjetiva do usuário. Resultados esperados Espera-se, inicialmente, realizar uma revisão sistemática da literatura sobre tecnologias e processos não invasivos utilizados na Interação Cérebro-Computador para análise de emoções, identificando potencialidades e limitações. Também se prevê o desenvolvimento de protótipos de interação voltados à validação dos conceitos centrais da recomendação de conteúdos baseada em interfaces cérebro-máquina integradas a sistemas de eye tracking. Como produto aplicado, pretende-se implementar um protótipo online de recomendação fundamentado em ICC, acompanhado de avaliações de qualidade e usabilidade. Os resultados deverão contribuir para os estudos de mídia, Interação Humano-Computador, neurotecnologia aplicada e Design Audiovisual, por meio da publicação em congressos e periódicos de impacto. Além disso, espera-se que a pesquisa fortaleça o ensino e a formação acadêmica, incorporando os conhecimentos gerados às atividades pedagógicas e estimulando a participação de estudantes de graduação das áreas de Comunicação e Computação. Pesquisas complementares na área de Artes, já em desenvolvimento no Laboratório de Interação e Mídia, poderão articular-se à proposta, ampliando a integração entre graduação e pós-graduação e consolidando o caráter interdisciplinar do projeto.