Como os implantes e um braço robótico permitem que um homem paralisado recupere o sentimento

Nathan Copeland, um homem de 28 anos de idade que não conseguia sentir ou mover os braços e as pernas depois de um acidente de carro, recuperou a sensação de toque através de um braço robótico que ele controla com seu cérebro.

A cirurgia de Copeland, que envolveu a implantação de quatro pequenos conjuntos de microeletrodos, cada um com metade do tamanho de um botão de camisa no cérebro, é uma novidade médica.

Os implantes se conectam à Brain Computer Interface (BCI), desenvolvida por pesquisadores da Universidade de Pittsburgh. A equipe descreve os resultados em Science Translational Medicine.

“O resultado mais importante deste estudo é que a microestimulação do córtex sensorial pode provocar sensação natural em vez de formigamento”, diz o co-autor do estudo Andrew B. Schwartz, professor de neurobiologia e cadeira de neurociência de sistemas. “Essa estimulação é segura e as sensações evocadas são estáveis ​​ao longo de meses.

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"Ainda há muita pesquisa que precisa ser realizada para entender melhor os padrões de estimulação necessários para ajudar os pacientes a fazer melhores movimentos".


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Esta não é a primeira tentativa da equipe em um BCI. Há quatro anos, a coautora do estudo, Jennifer Collinger, professora assistente de medicina física e reabilitação e pesquisadora do VA Pittsburgh Healthcare System, demonstrou um BCI que ajudou Jan Scheuermann, que tem tetraplegia causada por uma doença degenerativa. O vídeo de Scheuermann se alimentando de chocolate usando o braço robótico controlado pela mente foi visto em todo o mundo. Antes disso, Tim Hemmes, paralisado em um acidente de moto, estendeu a mão para tocar as mãos com sua namorada.

Mas a maneira como nossos braços se movem e interagem naturalmente com o ambiente ao nosso redor é mais do que apenas pensar e mover os músculos certos. Nós somos capazes de diferenciar entre um pedaço de bolo e uma lata de refrigerante através do toque, pegando o bolo mais suavemente do que a lata. O feedback constante que recebemos do sentido do tato é de suma importância, pois diz ao cérebro para onde ir e quanto ao movimento.

Para o líder do estudo Robert Gaunt, professor assistente de medicina física e reabilitação, esse foi o próximo passo para o BCI.

Como Gaunt e seus colegas estavam procurando o candidato certo, eles desenvolveram e refinaram seu sistema de modo que as entradas do braço robótico são transmitidas através de um arranjo de microeletrodos implantados no cérebro onde os neurônios que controlam o movimento e o toque das mãos estão localizados. A matriz de microeletrodos e seu sistema de controle, desenvolvidos pela Blackrock Microsystems, juntamente com o braço robótico, que foi construído pelo Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins, formaram todas as peças do quebra-cabeça.

História de Copeland

No inverno de 2004, Copeland, que era 18 na época, estava dirigindo à noite em um clima chuvoso quando sofreu um acidente de carro que quebrou seu pescoço e machucou sua medula espinhal, deixando-o com quadriplegia da parte superior do tórax para baixo.

Após o acidente, ele havia se inscrito em um registro de pacientes dispostos a participar de ensaios clínicos. Quase uma década depois, a equipe de pesquisa perguntou se ele estava interessado em participar do estudo experimental.

Depois que ele passou nos testes de triagem, Copeland foi levado para a sala de cirurgia na última primavera. Técnicas de imagem foram usadas para identificar as regiões exatas do cérebro de Copeland correspondentes às sensações em cada um dos dedos e na palma da mão.

"Eu posso sentir quase todos os dedos - é uma sensação muito estranha", disse Copeland cerca de um mês após a cirurgia. “Às vezes parece elétrico e às vezes sua pressão, mas na maioria das vezes, eu posso dizer a maioria dos dedos com precisão definida. Parece que meus dedos estão sendo tocados ou empurrados ”.

Neste momento, Copeland pode sentir pressão e distinguir sua intensidade até certo ponto, embora ele não consiga identificar se uma substância é quente ou fria, explica o co-investigador do estudo e neurocirurgião Elizabeth Tyler-Kabara.

Gaunt diz que tudo sobre o trabalho se destina a fazer uso das capacidades naturais e existentes do cérebro para devolver às pessoas o que foi perdido, mas não esquecido.

“O objetivo final é criar um sistema que se mova e sinta como um braço natural faria”, diz Gaunt. "Temos um longo caminho a percorrer para chegar lá, mas este é um ótimo começo."

O programa Revolucionando Próteses da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa forneceu a maior parte do financiamento.

Fonte: Universidade de Pittsburgh

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