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|title=O Jogo do Futebol ZEN
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|authors=George Carlos do Nascimento,Bruno Lobão Soares,Yuri Thomas Pinheiro Nunes
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==O Jogo do Futebol ZEN==
https://ceur-ws.org/Vol-1754/EPoGames_2016_AC_paper_26.pdf
O Jogo do Futebol ZEN
1 2
George Carlos do Nascimento , Bruno Lobão Soares , Yuri Thomas Pinheiro
3
Nunes
1
Departamento de Engenharia Biomédica–Universidade Federal do Rio Grande do
Norte (UFRN) Av. Senador Salgado Filho S/N Lagoa Nova 59075-000 - Natal, RN
2
Departamento de Biofísica e Farmacologia–Universidade Federal do Rio Grande do
Norte (UFRN) Av. Senador Salgado Filho S/N Lagoa Nova 59075-000 - Natal, RN
3
Escola de Ciencia e Tecnologia–Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Av. Senador Salgado Filho S/N Lagoa Nova 59075-000 - Natal, RN
georgegcn@gmail.com, brunolobaosoares@gmail.com, yuri.tpinheiro@gmail.com
Abstract. The game of ZEN football is a two player game which competition is
controlled by the alpha brain rhythms. In each set, the player who keeps
relaxed for some time intervals will kick a virtual ball on the screen in an
attempt to accomplish goals. The one who become more mentally relaxed is
the one make more kicks, more goals and wins the game. The player rhythms
dynamics is also presented in the same game screen in real time during the
sets, which can also be observed by all who is attending the game. Somehow
this stirs everyone‘s curiosity about the fascinating workings of the brain by
means of electrical and physiological behavior, in this particular form of
competition in which the ball movement is “somehow caused from the
mechanisms of thought”.
Resumo. O jogo do futebol ZEN é um jogo para duas pessoas em que a
competição é controlada pelos ritmos alfa do cérebro dos participantes,
detectados por meio de eletrodos posicionados sobre a cabeça. Em cada
partida, o jogador que intencionalmente conseguir manter o seu ritmo alfa
por maiores intervalos de tempo será aquele que chutará uma bola virtual em
uma tela contendo um campo de futebol, na sua tentativa de realizar gols. Em
geral o ritmo alfa é atribuído ao estado de vigília em repouso,
preferencialmente com os olhos fechados, ou a estados meditativos; de certa
forma aquele que se mantiver mais relaxado mentalmente por mais tempo,
será aquele que realizará mais chutes, e terá maiores chances de ganhar a
partida. Parte do divertimento vem da própria influência da torcida sobre os
dois jogadores. Vencerá quem conseguir, de forma geral, ficar mais tranquilo,
sofrer menor influência da pressão causada pela torcida, e mantiver o foco em
um estado mental meditativo ou de relaxamento, que resulte na maior
presença do ritmo alfa. A dinâmica dos ritmos dos jogadores também é
apresentada na mesma tela em tempo real durante as partidas, e assim
observada por todos que assistem ao jogo. Na apresentação concebida, este
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jogo permite instigar a curiosidade do público sobre a forma fascinante com
que o cérebro funciona, durante uma competição, ao refletir na tela de display
atividade elétrica neural em forma de ritmos e de comportamentos fisiológicos.
1. Introdução
Uma pesquisa de opinião foi realizada em 2012, feita pelo IBOPE Inteligência, que
ouviu cerca de 2 mil pessoas, em todo o território nacional. Tal pesquisa comprovou
aquilo que, intuitivamente, todos os brasileiros já sabiam como certo: o futebol é mesmo
a maior das paixões nacionais. Nessa pesquisa, 77% (82% dos homens e 72% das
mulheres) apontam essa escolha ao serem indagados com a pergunta: “Quais são as
grandes paixões dos Brasileiros”? Logo, o jogo de futebol entre outros esportes
coletivos, é aquele adotado como a atividade física predileta pela maior parte dos
Brasileiros. Em geral as competições envolvem a participação massiva da população
refletindo no estímulo do bem-estar e na saúde física e mental de todos que competem,
participam e torcem pelo seu time.
Para participar de uma disputa como jogador, o seu condicionamento e estado físico se
torna fundamental, por exigir habilidades motoras necessárias a manobra da bola de
forma melhor que o adversário e assim ganhar a partida. Nesse aspecto adultos, crianças,
pessoas de gêneros distintos e portadores de algumas deficiências não podem competir
uns com os outros de forma equilibrada nessa forma de esporte. Com o intuito de
permitir a portadores de deficiência e pessoas interessadas em games desenvolverem um
maior controle sobre sua atividade cerebral de maneira lúdica, voltamo-nos para o
desenvolvimento de um jogo de videogame controlado por ritmos neurais a partir de
eletrodos fixados na cabeça, com características que remontam na tela a um jogo de
futebol; essa abordagem nos posiciona dentro da área de conhecimento da chamada
interface cérebro-máquina (ICM) e “neurogames”.
A pesquisa envolvendo a interação entre ritmos neurais e comandos operacionais de
máquinas e computadores (interface cérebro-máquina) tem sido especialmente motivada
nos últimos anos por trazer a tona possibilidades terapêuticas para pessoas paralisadas
através do desenvolvimento de novas habilidades de comunicação ou através de novas
possibilidades de treino de habilidades motoras. Há uma forte demanda, nesse sentido,
de aplicações que de algum modo possam providenciar um incremento a qualidade de
vida dessas pessoas [TAN et al., 2008]. No contexto das interfaces cérebro-máquina, os
jogos eletrônicos vêm ganhando grande destaque , em especial considerando que as
pessoas aficionadas em jogos eletrônicos estão mais abertas a inovações tecnológicas.
[NIJHOLT e TAN, 2007]
Uma abordagem simples, mas promissora, destes jogos é a da integração de
movimentos no game com a potência de determinadas faixas de frequências de ritmos,
tais como ritmo alfa, beta , ritmo mu e gama. Um exemplo disso é o chamado “Brain
ball”, um jogo em que os oponentes buscam empurrar uma bola na direção de seu
oponente em uma mesa à sua frente. Neste jogo, os oponentes usam uma faixa na
cabeça com eletrodos de EEG, e a bola se move na direção oposta de acordo com um
algoritmo chamado escore de relaxamento, que é obtido a partir da razão entre a
atividade das ondas alfa e beta no sinal de EEG [HJELM e BROWALL, 2000] [HJELM,
2003]. Pelo fato de que, nesse caso, a avidez de ganhar o jogo pode fazer com que a
bola volte do terreno adversário, esse tipo de jogo pode ser chamado de um anti-jogo,
onde vence quem tiver mais calma, mais paciência e menos avidez de ganhar.
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Jogos baseados em interface cérebro-máquina pressupõem vários tipos de algoritmos;
os mais simples e talvez mais usados são baseados em neurofeedback simples: o
jogador tem uma resposta em tempo real sobre a ocorrência ou a potência de um ou
mais de seus ritmos neurais. Em tais paradigmas de jogos, o jogador deve descobrir
como controlar padrões de ritmos neurais para obter sucesso no jogo. O jogador deve se
tornar mestre do controle de seus próprios ritmos. Tal abordagem, além de se mostrar
lúdica para pessoas saudáveis, tem se mostrado útil em pacientes com algumas
patologias neuropsiquiátricas, em especial aquelas ligadas à atenção e a memória de
trabalho. Por exemplo, um grupo de crianças comdeficit de atenção foi submetida a um
experimento envolvendo neurofeedback e com um jogo adaptado do videogame
playstation, com significativas melhorias clínicas após a intervenção [POPE e
PALSSON, 2001] .
Diante das nossas observações, as demonstrações desse jogo tem constituído num
aprendizado rico, lúdico em neurociências e acreditamos que até certo ponto o jogo
possui potenciais terapêuticos no sentido de redução de estresse, e melhoria de controle
de ritmos neurais, para aqueles que participam. O jogo também apresenta possibilidades
em relação a interface com video games, o uso de técnicas de neurofeedback como
elemento de comando, no contexto do jogo de futebol, a grande paixão nacional.
2. A Sistematica do Jogo
O sistema é composto pelo uso de um computador conectado a um sistema de
eletrofisiologia de dois canais tais quais um eletroencefalograma (EEG) simplificado,
em uma configuração de um canal para cada jogador, e que servirá para a detecção dos
ritmos neurais. A preparação dos jogadores para a competição é iniciada com o
posicionamento dos eletrodos EEG sobre a cabeça nas regiões denominadas por Cz-O1
com ajuda do gel condutor Helifix, e com o aterramento do circuito posicionado na
região do mastoide de cada um. O computador necessita que opere apenas com a
energia das próprias baterias para evitar a enorme interferência elétrica facilmente
capturada pelo processo, e também eliminar qualquer possibilidade de um eventual risco
de choques elétrico. Os sinais de ritmos provenientes de cada jogador são apresentados
no monitor e nesta etapa eles são instruídos de observarem a dinâmica do próprio sinal
simplesmente analisando o que está sendo plotado na tela, e em muitos casos este
momento se torna o seu primeiro contato prático com a neurociência. A atividade de
fechar os olhos por exemplo, e em seguida observar o traçado do seu ritmo alfa sempre
se apresenta surpreendente para aqueles que participaram do jogo, nos momentos de
ajustes.
O jogo se torna iniciado ao pressionar a tecla espaço, após a escolha da partida em 3 ou
5 pontos. Aqueles que observam o jogo permanecem atentos às atividades neurais de
cada participante por meio da propagação do ritmo alfa no campo de futebol originando
em cada barra de gol e seguindo em direção a bola. A dinâmica destas duas ondas
causará chutes na bola. Existem chutes com diferentes intensidades e vai se tornando
claro que o movimento da bola é originado das atividades cerebrais de cada jogador. Por
sua vez, aquele jogador que por curiosidade começar a focar no jogo, perderá o seu
estado de relaxação, dessincronizará o ritmo alfa e aumentará a chance que o oponente
ganhe a partida. Um estágio do jogo no seu momento inicial encontra-se apresentado na
figura 1.
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Figura 1. No campo de futebol virtual, os ritmos alfa de cada jogador se propagam em
tempo real, em direção a bola, e a dinâmica dos estados mentais que originam esse ritmo
provocam chutes na bola deslocando-a em vários passos, em direção ao gol.
Todos os programas foram desenvolvidos com base no uso da linguagem Pd extended.
Esta é uma linguagem de programação de código aberto, classificada como “flow
language”, e apropriada para trabalhos de processamento em tempo real.
3. Metodologia
Para cada jogador, os sinais eletrofisiológicos do cérebro detectados por meio de
eletrodos metálicos em formato de copinho, preenchidos com gel condutor Helifix e
aderidos nas regiões Cz-O1 da cabeça, de acordo com o sistema internacional 10-20.
Um eletrodo de terra é aderido sobre a região do osso mastóide com a finalidade de
minimizar acoplamentos indesejáveis com a rede elétrica. Os sinais são amplificados
por um fator de 40dB utilizando um sistema de eletrofisiologia de construção própria
denominada de SPIX, que consiste em um sistema eletrônico de placa de som e
amplificadores de instrumentação baseado no uso do processador audio codec stereo
PCM2908 (Texas Instruments) e encaminhados ao computador por meio de uma porta
USB.
Por sua vez, utilizando a linguagem de programação Pd - Pure Data Exended, os sinais
de ritmos neurais presentes nos canais de áudio, são inicialmente filtrados em tempo
real utilizando uma cascata de 3 filtros passa banda sintonizados na frequência de 11Hz
para que sejam separados apenas os ritmos alfa. Em seguida, um conjunto de patchs
extrai a informação da intensidade destes ritmos para cada jogador e esse valor se torna
utilizado em um processamento que determinará qual dos jogadores realizará um chute
na bola. Basicamente a diferença acumulada das durações dos ritmos alfa por unidade
de tempo entre os jogadores é realizado neste processamento. Se a diferença for alta, o
chute será mais intenso.
93
Para que a disputa se torne equilibrada, no início de cada partida os níveis dos ritmos
são normalizados e assim passam a apresentar valores médios equivalentes. Neste jogo
só existe um grau de liberdade em que o resultado do processamento do ritmo de cada
jogador só desloca a bola na direção do gol do oponente, não sendo possível o comando
de movimentos da bola para cima, para baixo ou voltar com a bola. No processo foi
implementado também um patch que realiza o papel do juiz. Tal patch detecta a
realização de pontos (gols) quando a bola atravessa a barra, determina a inicialização da
partida e os escores de cada participante. O conjunto principal dos patchs do jogo
encontra-se descrito na Figura 2.
Figura 2. O jogo está implementado na linguagem Pd Extended. Os patchs principais
encontram-se apresentados aqui. Observa-se a existência de um patch de som para
tornar a dinâmica de atuação do jogo mais interessante.
4. Resultados
Tem sido relativamente intensa a busca da formação de conhecimentos na área de
neurociências. A apresentação de temas e tópicos desta área para o público geral nem
sempre é um processo imediato devido ao alto teor de tópicos abstratos. Nesse aspecto o
jogo do futebol ZEN apresenta ao público de forma lúdica e simples, ritmos do cérebro,
sua relação como estado fisiológico do jogador, e princípios de interface cérebro
máquina. Para aqueles que participam deste jogo o elemento surpresa está bastante
presente pois conta a intuição, é necessário relaxar para conseguir marcar pontos e
ganhar a partida. Salienta-se que o sistema de eletrofisiologia utilizado na plataforma
deste jogo (o SPIX), possui dimensões reduzidas, tornando a elaboração portátil e de
utilização rápida e fácil.
Este jogo tem sido apresentado em exposições públicas anuais, tal como a CIENTEC,
demonstrações em salas de aula. Além disso, vem sendo implementado como
ferramenta didática para o tema de aula de ritmos neurais nas disciplinas de biofísica no
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Departamento de Biofísica e Farmacologia da Universidade Federal do Rio Grande do
Norte (Brasil). Como complemento, o jogo foi incorporado também em uma exposição
permanente no museu de ciências Espaço Ciências localizado em Olinda, Pernambuco
(Brasil). Nesses eventos tem sido grande a procura do público a participar deste jogo ou
meramente observar processos intrínsecos do funcionamento do cérebro por meio dos
ritmos neurais dos jogadores.
5. Conclusões
O jogo do futebol Zen tem por base a utilização do ritmo alfa que como apresentado
reflete o estado de relaxamento de grande maioria dos indivíduos. Embora não
explorado por nós, utilizando o mesmo princípio acreditamos que outros ritmos do
cérebro e suas combinações, poderão ser aplicados em comandos nessa classe de jogos
para privilegiar por exemplo o foco e a concentração em um caso, e a atenção de
jogadores em outro. O jogo proporciona um exercício mental no controle de ondas alfa,
e alegamos que ele tem aplicações terapêuticas relevantes para algumas classes de
patologias principalmente naquelas necessárias a manter o nível de estresse adequado, e
na qualidade do sono. Para esse propósito cabem estudos com aplicação de escalas de
estresse em sessões anteriores e posteriores ao jogo, assim como mensuração de
hormônios relacionados ao estresse nesses dois pontos temporais, tais como cortisol
salivar e interleucina 6.
Do ponto de vista didático, este jogo vem sendo adotado e despertando grande interesse
nas aulas de biofísica UFRN associadas ao tema de ritmos neurais, e tem sido
empregado nos semestres de 2015.1 e 2015.2. Propomos que possa ser utilizado de
forma geral em cursos de fisiologia, e no ensino médio quando forem apresentados
tópicos correlacionando áreas distintas tais como biología, física, matemática e química,
ao introduzir bioeletricidade, ondas, neurotransmissão, etc.
Apesar da existência de baixo teor de jogabilidade, esta forma peculiar de competição
em que o movimento da bola é originado apenas por mecanismos envolvendo estados
do cérebro, qualquer pessoa, independente da sua condição física, portador de
deficiência ou não, poderá participar deste jogo de forma equilibrada de competição, se
divertir e ganhar a partida.
6. Informações Complementares
1-http://www.youtube.com/watch?v=YcwlBxpy1W0
2-https://www.facebook.com/espacocienciape/videos/681054225275805/
3-http://www.espacociencia.pe.gov.br/noticias/espaco-ciencia-na-reuniao-anualda-sbpc/
4-http://jconline.ne10.uol.com.br/canal/cidades/cienciamambiente/noticia/2014/0
4/25/espaco-ciencia-apresenta-futebol-que-se-joga-com-a-mente-126058.php
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Referências
HJELM, S. I. (2003). The making of Brainball . Interactions,10(1), 26 – 34.
HJELM,S.I.eBROWALL,C.(2000).Brainball-using brain activity for cool competition.
Proceedings of NordiCHI,7(9).
NIJHOLT, A. e TAN, D. (2007). Playing with your brain: brain-computer interfaces and
games. Proceedings of the international conference on Advances in computer
entertainment technology.
POPE, A. T. e PALSSON, O. S. (2001). Helping Video Games “rewire our minds”. Tech.
Rep. NASA Langley Research Center.
TAN, D., P. G., NIJHOLT, A., TAN, D., BRUNNER, C., MILLÁN, J. D. R., ALLISON,
B., e MÜLLER, K. R. (2008). Brain-computer interfacing for intelligent systems.
IEEE intelligent systems,3(23), 72 – 79.
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