Os smartphones: Um laboratório em seu bolso

04-11-2020

Hoje um smartphone armazena não apenas nossas músicas favoritas, mas uma parte importante de nossas vidas: informações de contato, vídeos de aniversário, fotos de férias e também acesso a nossos e-mails e redes sociais, jogos e até mesmo notas escolares. Agora, os cientistas também transformaram nossos smartphones em ferramentas de pesquisa; através de aplicações especiais, eles se tornam instrumentos de coleta de dados valiosos.

Para os jovens aconteceu há muito tempo, para os mais velhos não foi assim há tanto tempo, mas em 23 de outubro de 2001 Steve Jobs anunciou o lançamento do dispositivo iPod com a frase "mil canções no bolso". Com o passar do tempo, as funções do iPod foram transferidas para o iPhone e todos os telefones celulares.

Caçadores de doenças

Imagine que você contrai uma doença infecciosa. A primeira coisa que você se perguntaria é como conseguiu isso. A segunda coisa seria como se curar. Entre estas duas perguntas há outras incógnitas: como evitar infectar os outros, o que fazer para se curar mais rápido e não ficar doente novamente. Para responder a estas perguntas, você precisa de dados, dados e mais dados.

Em meados do século XIX, a cidade de Londres havia começado a crescer sem controle devido à Revolução Industrial. Naquela época, houve grandes epidemias de cólera que mataram milhares de pessoas em um tempo muito curto. Para evitar mais mortes, era necessário saber como a doença era transmitida. Antes de 1854 acreditava-se que a cólera só podia ser transmitida por contato direto com uma pessoa doente e que o contágio se devia aos miasmas (ou vapores malignos) que emanavam daquela pessoa. Mas um jovem médico chamado John Snow que viveu de perto uma dessas epidemias desenvolveu uma hipótese diferente.

Enquanto todos pensavam que o contato direto com os doentes deveria ser proibido, John Snow estudou a água que as pessoas em Londres bebiam porque ele suspeitava que este era o agente que causou a propagação da cólera. Felizmente para Snow, as pessoas nos distritos afetados de Londres estavam bebendo água do rio Tamisa de apenas duas empresas, então o jovem médico, assistido por outros colegas, foi de porta em porta para investigar qual empresa abastecia cada casa na área afetada. Em um artigo publicado em 1856, ele observou que essas empresas forneciam água igualmente aos ricos e pobres, "portanto, havia uma população de 300.000 pessoas de várias condições e ocupações intricadamente misturadas dentro da cidade, mas divididas em dois grupos por uma única característica: o consumo de água".

Dos clientes de uma empresa, apenas 313 morreram, enquanto os da outra empresa morreram 2.443. A neve foi rápida em relacionar esta diferença com a origem da água de ambas as empresas, que a coletaram de diferentes pontos do rio Tamisa. A água que causou mais vítimas foi contaminada pelos resíduos das tubulações da cidade que chegaram ao rio. A comunidade médica duvidava das conclusões da Snow. Entretanto, com o tempo, sua pesquisa ajudou a prevenir a infecção e salvar vidas, por isso hoje Snow é considerada uma das precursoras da pesquisa epidemiológica.

Diga-me o que você está fazendo e eu lhe direi do que você está sofrendo

A pesquisa da Snow destaca a importância da coleta de dados epidemiológicos. Mas a descoberta das causas de outras doenças mais complexas exigiu que os cientistas refinassem suas estratégias para obter informações. A pesquisa epidemiológica de hoje analisa um grande número de pessoas - estudando seus hábitos alimentares e de saúde, assim como sua atividade física. Ao solicitar registros diários através de entrevistas, assim como testes de laboratório a cada poucos meses ou anos, os pesquisadores podem encontrar possíveis causas de algumas doenças.

Em 1948, uma equipe de pesquisa reuniu 5.000 pessoas de Framingham, Massachusetts. Os participantes foram submetidos a um exame físico e a uma entrevista sobre estilo de vida. A cada dois anos, os participantes retornavam para completar seu histórico médico e faziam um exame físico e testes laboratoriais. Em 1974, mais 5.000 pessoas, filhos e esposas dos primeiros participantes, juntaram-se ao estudo, somando várias gerações até 2003. Décadas de monitoramento dos voluntários de Framingham levaram à descoberta de que as pessoas mais propensas a sofrer de doenças cardiovasculares eram aquelas com pressão alta e colesterol, que fumavam, ganhavam peso, não faziam exercícios e tinham diabetes. Estas características eram fatores de risco para estas condições, algo que hoje todos conhecem, mas que não havia sido cientificamente comprovado até então.

Graças ao grande número de voluntários que participaram do estudo, os resultados podem ser válidos para outras populações em quase qualquer parte do mundo. Além disso, isso compensa a perda de dados devido ao fato de que durante todo esse tempo muitos pacientes puderam morrer, se mudar para outra cidade ou simplesmente abandonar o estudo. Como muitos voluntários estão perdidos, é melhor começar com muitos voluntários. Outro problema é que você tem que confiar na memória deles e na sua honestidade quando eles respondem à forma como se cuidaram nos últimos meses. Esqueci o que comi ontem. Portanto, pode haver falhas que afetam a precisão dos resultados.

Ciência ao telefone

É aqui que os telefones inteligentes fazem sua entrada. Os cientistas estão aproveitando as capacidades destes dispositivos para fazer suas pesquisas. Os voluntários podem usar seus telefones celulares para enviar seus dados a institutos de pesquisa em vez de preencher registros, o que ajuda a mantê-los no caminho certo.

Os telefones podem coletar dados altamente precisos usando sensores como acelerômetros, que podem medir a atividade física, assim como sistemas de posicionamento GPS, monitores de freqüência cardíaca e microfones e analisadores de som. Dados de milhões de voluntários ao redor do mundo podem ser enviados pela Internet para centros de pesquisa com um único clique. Só no México existem hoje 77 milhões de smartphones, e estima-se que até 2025 haverá mais de 5 bilhões de telefones no mundo inteiro com sensores avançados para medir muito mais.

Um exemplo são as aplicações Dialbetics e Foodlog, que monitoram a saúde e o estilo de vida dos pacientes diabéticos. A aplicação calcula as calorias e a porcentagem de carboidratos, proteínas e gorduras apenas fotografando o alimento. Os voluntários de um estudo que utilizavam estas aplicações receberam um glicosímetro digital para medir sua glicose pela manhã. Os acelerômetros (que detectam passos e saltos do portador do telefone) foram usados para calcular sua atividade física diária. Todas estas informações foram coletadas e enviadas aos pesquisadores para análise. O paciente recebeu conselhos sobre sua dieta ou parabéns por seus cuidados. O estudo mostrou que as pessoas com diabetes que utilizavam as aplicações tinham melhor controle de seus níveis de glicose em comparação com as que não o faziam. Da mesma forma, muitas outras pesquisas em humanos estão sendo desenvolvidas em diferentes áreas científicas.

Mil experiências no seu bolso

Dada esta oportunidade, em 2015 a Apple lançou o pacote ResearchKit, uma plataforma que permite a qualquer cientista criar aplicativos iPhone que as pessoas podem baixar para participar de pesquisas científicas a partir do conforto de sua casa. Agora a empresa que lançou o iPod há 18 anos com a promessa de colocar mil canções em nossos bolsos fornece aos cientistas uma poderosa ferramenta de pesquisa. Dentro de alguns anos, provavelmente teremos mil estudos científicos em andamento em nossos bolsos.

Um dos desafios é a privacidade e o uso responsável dos dados. Todos nos sentimos espiados quando, após discutir um tópico em redes sociais, recebemos anúncios de produtos relacionados a esse tópico, mas os dados sobre nossos hábitos e condições de saúde são informações ainda mais sensíveis, e os pesquisadores que utilizam esses aplicativos são obrigados a proteger a confidencialidade dos participantes. A este respeito, a Apple declarou que os dados coletados pelos aplicativos desenvolvidos com o ResearchKit serão mantidos totalmente confidenciais e disponíveis somente para pesquisadores. Para proteger a identidade dos voluntários, mesmo a própria Apple não terá acesso ou uso dessas informações.

Apps como o EpiWatch já foram desenvolvidos usando o ResearchKit, que usa acelerômetros para registrar crises epiléticas a fim de obter dados para ajudar a encontrar melhores tratamentos. Como se isso não fosse suficiente, o pedido envia um alerta aos parentes do transportador quando uma crise epilética começa.

Um aplicativo chamado Neuron monitora os sintomas de pacientes com esclerose múltipla. Sleep Health permite que você registre seus hábitos de sono para estudar os distúrbios que o afetam e mPower é projetado para entender a progressão da doença de Parkinson com testes de destreza, equilíbrio e memória. Esta doença prejudica o controle do movimento dos pacientes ao destruir os neurônios dopaminérgicos. O aplicativo mPower mede a capacidade de um paciente de controlar seus movimentos de forma semelhante ao que é feito no escritório: com o telefone no bolso, o paciente é solicitado a andar em linha reta.

Os acelerômetros medem os desvios e oscilações do paciente (equilíbrio). Em um teste diferente, dois círculos vermelhos aparecem na tela do telefone, que o paciente tem que tocar alternadamente com os dedos indicador e médio para medir seu tempo de reação. Finalmente, o aplicativo pedirá ao paciente para mover sua boca em direção ao microfone e dizer "ah" durante 10 segundos. As variações nas propriedades do som são uma medida indireta da capacidade do paciente de controlar os músculos que produzem a voz. Todos esses dados são analisados para monitorar o estado de saúde do paciente de Parkinson, e o paciente pode decidir se deseja ou não compartilhá-los com os pesquisadores.

Estes benefícios aumentarão drasticamente o número de participantes em estudos científicos, fornecendo uma riqueza de dados sem sacrificar a precisão. Além disso, os experimentos serão conduzidos em condições mais normais para o participante, como em casa e não em um laboratório. Os dados virão de diferentes regiões, permitindo medir o efeito de variáveis como clima, altitude e produtos alimentícios do país, identificando assim os efeitos geográficos, dietéticos e de atividade física. Informações adicionais, tais como idade, sexo, ocupação, horas de trabalho e sono, permitirão analisar subgrupos e distinguir os efeitos de doenças ou tratamentos em homens e mulheres, crianças e adultos, e outros.

A pesquisa utilizando aplicações de telefonia móvel analisou 4.000 participantes em apenas quatro meses. A obtenção desta quantidade de dados utilizando métodos tradicionais de pesquisa teria levado mais de três anos (oito vezes mais). Já existem centenas de experimentos publicados em revistas científicas, e seus autores afirmam que os resultados são impressionantemente similares aos de estudos realizados sob condições controladas dentro de institutos de pesquisa.

Os smartphones estão se tornando uma ferramenta poderosa para a pesquisa de todos os fenômenos relacionados ao comportamento humano e à saúde. Eles permitem que milhões de pessoas ao redor do mundo sejam estudadas simultaneamente, gerando grandes avanços no conhecimento científico. Portanto, se alguma vez você receber um convite para participar de pesquisas através de seu smartphone, verifique se os aspectos éticos estão em ordem e incentive você a colaborar com a comunidade científica para gerar mais conhecimento. Não vai demorar muito e, em troca, você pode fazer uma grande diferença para a ciência.

Grandes dados

Uma experiência científica cidadã com telefones inteligentes pode gerar mais dados do que uma equipe de pesquisadores poderia processar em muitos anos com computadores tradicionais em um laboratório. Os dados não são apenas volumosos, mas diversos: hoje muitas variáveis podem ser medidas ao mesmo tempo, complicando ainda mais a análise posterior.

Os smartphones são ferramentas essenciais nesta era de dados massivos, ou de grandes dados. As empresas Google, Amazon e Microsoft oferecem serviços de armazenamento e análise para estes dados maciços na nuvem. Esta é uma boa notícia para os cientistas: hoje eles não precisam nem de longas campanhas de coleta de dados que se estendem por anos, nem de seus próprios supercomputadores que podem custar milhões de dólares.

Tremores

Na Universidade da Califórnia, campus de Berkeley, foi desenvolvido um aplicativo para detectar e medir tremores com o telefone celular. Chama-se MyShake e pode distinguir entre tremores devidos a um terremoto e os de movimento normal do usuário. Um aplicativo de sismologia amplamente distribuído pode ajudar a mapear a magnitude de um terremoto e os danos que ele causa, tudo isso em um tempo muito curto.

Tudo em um

Um sensor é um dispositivo que mede alguma forma de energia (por exemplo, temperatura) e o converte em um sinal que pode então ser lido por um instrumento eletrônico. Os telefones inteligentes de hoje estão equipados com sensores cada vez mais precisos.

Acelerômetro

É o sensor que mede o movimento, a posição, a vibração e a aceleração. Nos telefones, é comumente usado para detectar movimento, inclinação e velocidade; é responsável pela rotação da imagem da tela se você mover o telefone, determinando sua velocidade e registrando sua atividade física, por exemplo, seus passos. É investigado para uso no monitoramento de postura ou detecção de quedas de usuários.

Giroscópio

É utilizado para determinar a velocidade de rotação do telefone em relação a três eixos. Detecta pequenas voltas no dispositivo, bem como sua orientação (ajuda o acelerômetro a saber como o telefone está orientado). A câmera do celular conta com este sensor para corrigir movimentos indesejados e evitar que suas fotos fiquem embaçadas. Com uma aplicação você pode monitorar pessoas com Parkinson ou convulsões epiléticas.

Sensor de proximidade

Determina a proximidade ou a posição de um objeto em relação à tela. É graças a este sensor que o teclado é desativado e a energia do telefone é economizada, por exemplo, durante uma chamada telefônica, quando o rosto está próximo ao visor.

Sensor de luz ambiente

Este sensor detecta a presença ou ausência de luz por meio de fotocélulas; ele ajusta o brilho da tela e, portanto, reduz o consumo de energia.

Magnetômetro

É a bússola do telefone e determina o ângulo do telefone celular em relação ao pólo magnético da Terra. Graças a este sensor, nossos telefones determinam em que direção estamos nos movendo. Usando dados do acelerômetro e do GPS, ele pode nos localizar no mapa e assim nossos telefones se tornam instrumentos de navegação.

GPS

Apoiado por satélites, ele calcula e indica nossa localização geográfica. Um GPS moderno também pode confiar em dados como a força do sinal celular (distância até uma antena celular) para nos fornecer uma localização mais precisa.

Câmera

Existem aplicações para testes oftalmológicos simples, mas ainda não são muito confiáveis.

Microfones e analisadores de som

Eles fornecem informações vitais sobre o ambiente em que o indivíduo se move. Usando o microfone do telefone celular, alguns pesquisadores desenvolveram um espirômetro (um instrumento que mede o fluxo e o volume de ar inalado e exalado através dos pulmões).

Raios Cósmicos

Uma equipe de físicos de partículas na Universidade da Califórnia, campus de Irvine, desenvolveu um aplicativo chamado CRAYFIS que detecta quando uma partícula eletricamente carregada passa e interage com os circuitos telefônicos. Este fenômeno acontece o tempo todo e não tem conseqüências, mas ao integrar as informações de muitos usuários através do aplicativo, é possível detectar as cascatas de partículas elementares que se formam quando um raio cósmico atinge uma partícula atmosférica. A energia do raio cósmico original pode ser deduzida a partir da distribuição dos sinais.

Autores:

Jonathan Cueto Escobedo tem um doutorado em psicologia pela Universidade Nacional Autônoma do México. Atualmente é pesquisador do Instituto de Ciências da Saúde da Universidade Veracruzana.

María Gabriela Nachón García é pesquisadora e diretora do Instituto de Ciências da Saúde da Universidad Veracruzana. Suas pesquisas se concentram no papel das emoções e do estresse na ansiedade e nos vícios, e no impacto de certas doenças sobre outras condições.

Fonte: Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), ¿Cómo ves?