Este implante permite que as pessoas paralisadas digam com suas mentes

Este implante permite que as pessoas paralisadas digam com suas mentes

Uma conexão entre cérebro e computador recentemente permitiu que pessoas com fraqueza severa nos membros digitassem através do controle direto do cérebro nas mais altas velocidades e níveis de precisão relatados até o momento.

Dois dos participantes têm esclerose lateral amiotrófica, também chamada de doença de Lou Gehrig, e um tem uma lesão na medula espinhal.

Cada um deles tinha um ou dois conjuntos de eletrodos do tamanho de uma aspirina de bebê colocados em seus cérebros para registrar sinais do córtex motor, uma região que controla o movimento muscular. Os sinais foram transmitidos para um computador através de um cabo e traduzidos por algoritmos em comandos de apontar e clicar, guiando um cursor para caracteres em um teclado na tela.

Cada participante, após treinamento mínimo, dominou a técnica o suficiente para superar os resultados de qualquer teste anterior de interfaces cérebro-computador, ou BCIs, para melhorar a comunicação de pessoas com movimento similarmente prejudicado. Notavelmente, eles alcançaram as taxas de digitação sem o uso de assistência automática de conclusão de palavras comum em aplicações de digitação eletrônica hoje em dia, o que provavelmente teria impulsionado seu desempenho.

Um participante, Dennis Degray, de Menlo Park, Califórnia, conseguiu digitar 39 caracteres corretos por minuto, o equivalente a cerca de oito palavras por minuto.

Essa abordagem point-and-click poderia ser aplicada a uma variedade de dispositivos de computação, incluindo smartphones e tablets, sem modificações substanciais, dizem os pesquisadores. Suas descobertas aparecem na revista eLife.

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"O sucesso do nosso estudo é um marco importante na melhoria da qualidade de vida das pessoas com paralisia", diz Jaimie Henderson, professor de neurocirurgia da Universidade de Stanford, que realizou dois dos três procedimentos de implantação de dispositivos no Stanford Hospital. O terceiro aconteceu no Massachusetts General Hospital.

"Este estudo relata a maior velocidade e precisão, por um fator de três, sobre o que foi mostrado antes", diz o autor co-sênior Krishna Shenoy, professor de engenharia elétrica. "Estamos nos aproximando da velocidade em que você pode digitar texto em seu celular."

"O desempenho é realmente empolgante", diz o ex-aluno de pós-doutorado Chethan Pandarinath, que agora tem uma indicação conjunta na Emory University e no Instituto de Tecnologia da Geórgia como professor assistente de engenharia biomédica. “Estamos alcançando taxas de comunicação que muitas pessoas com paralisia de mão e braço considerariam úteis. Esse é um passo crítico para criar dispositivos que possam ser adequados para uso no mundo real ”.

O laboratório de Shenoy foi pioneiro nos algoritmos usados ​​para decodificar as complexas rajadas de sinais elétricos disparados pelas células nervosas no córtex motor, o centro de comando do cérebro para o movimento, e convertê-los em tempo real em ações ordinariamente executadas pela medula espinhal e músculos.

“O uso de algoritmos BCI de alto desempenho em testes clínicos em humanos demonstra o potencial dessa classe de tecnologia para restaurar a comunicação com pessoas com paralisia”, diz o pesquisador pós-doutorado Paul Nuyujukian.

'Eu estava tirando o lixo na chuva'

Milhões de pessoas com paralisia vivem nos Estados Unidos. Às vezes, a paralisia ocorre gradualmente, como ocorre na ELA. Às vezes chega de repente, como no caso de Degray.

Agora 64, Degray tornou-se tetraplégico em outubro 10, 2007, quando ele caiu e sofreu uma lesão medular de mudança de vida. "Eu estava tirando o lixo na chuva", disse ele. Segurando o lixo em uma mão e a reciclagem na outra, ele escorregou na grama e pousou no queixo. O impacto poupou seu cérebro, mas feriu gravemente sua espinha, cortando toda a comunicação entre seu cérebro e musculatura da cabeça para baixo. "Eu não tenho nada acontecendo abaixo da clavícula", diz ele.

Degray recebeu dois implantes de dispositivos nas mãos de Henderson em agosto 2016. Em várias sessões de pesquisa subsequentes, ele e os outros dois participantes do estudo, submetidos a cirurgias semelhantes, foram encorajados a tentar ou visualizar padrões de movimentos desejados de braço, mão e dedo. Os sinais neurais resultantes do córtex motor foram extraídos eletronicamente pelos dispositivos de gravação embutidos, transmitidos para um computador e traduzidos pelos algoritmos de Shenoy em comandos direcionando um cursor em um teclado na tela para caracteres específicos do participante.

A rápida Raposa marrom…

Os pesquisadores avaliaram as velocidades nas quais os pacientes foram capazes de copiar frases e frases corretamente - por exemplo, "A rápida raposa marrom saltou sobre o cão preguiçoso". As taxas médias foram 7.8 palavras por minuto para Degray e 6.3 e 2.7 palavras por minuto, respectivamente, para os outros dois participantes.

O sistema investigacional usado no estudo, uma interface intracortical cérebro-computador chamada BrainGate Neural Interface System, representa a mais nova geração de BCIs. As gerações anteriores captavam os sinais primeiro por meio de eletrodos elétricos colocados no couro cabeludo, depois eram cirurgicamente posicionados na superfície do cérebro, abaixo do crânio.

Um BCI intracortical usa um minúsculo chip de silício, com pouco mais de um sexto de polegada quadrada, do qual sobressaem os eletrodos 100 que penetram no cérebro até aproximadamente a espessura de um quarto e exploram a atividade elétrica das células nervosas individuais no córtex motor.

Henderson comparou a resolução melhorada resultante do sensor neural, comparada com a dos BCIs de gerações anteriores, ao de distribuir medidores de aplausos para membros individuais de um público de estúdio, em vez de apenas colocá-los no teto, “então você pode dizer o quão difícil e o quão rápido cada pessoa na plateia está batendo palmas ”.

Sistema sem fio 24 / 7

Chegará o dia - mais próximo de cinco anos do que daqui a 10, prevê Shenoy - quando um sistema sem fio de auto-calibração totalmente implantado pode ser usado sem assistência do cuidador, não tem impacto cosmético. e pode ser usado o tempo todo.

"Eu não vejo nenhum desafio insuperável", diz ele. "Nós sabemos os passos que temos que dar para chegar lá."

Degray, que continua a participar ativamente da pesquisa, sabia como digitar antes de seu acidente, mas não era especialista nisso. Ele descreveu sua destreza recém-revelada na linguagem de um aficionado de videogame.

"Este é como um dos videogames mais legais que eu já joguei", diz ele. "E eu nem preciso colocar um quarto nisso."

A assistente de pesquisa da Stanford, Christine Blabe, também é coautora do estudo, assim como pesquisadores do BrainGate do Massachusetts General Hospital e da Case Western University.

O financiamento veio do National Institutes of Health, do Stanford Office of Postdoctoral Affairs, da Craig H. Neilsen Foundation, do Stanford Medical Scientist Training Program, do Stanford BioX-NeuroVentures, do Stanford Institute for Neuro-Innovation and Translational Neuroscience, do Stanford Neuroscience Institute. Larry e Pamela Garlick, Samuel e Betsy Reeves, o Instituto Médico Howard Hughes, o Departamento de Assuntos de Veteranos dos EUA, o Instituto Dean-Deaner de Pesquisa Integrada em Fibrilação e Acidente Atrial e o Hospital Geral de Massachusetts.

O Escritório de Licenciamento de Tecnologia de Stanford detém propriedade intelectual sobre os avanços de engenharia intercorticais relacionados à BCI feitos no laboratório de Shenoy.

Fonte: Bruce Goldman para Universidade de Stanford

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