Como dispositivos biônicos 'controlados pela mente' podem ajudar os quadriplégicos a andar

O implante cerebral envia sinais para qualquer coisa, desde um membro protético biônico até um 'exoesqueleto' de corpo inteiro

O desenvolvimento de dispositivos biônicos "controlados pela mente" deu mais um passo hoje com a publicação de um Nature Biotechnology paper descrevendo como um pequeno stent 3cm de comprimento, contendo eletrodos 12, poderia um dia ajudar as pessoas que sofreram lesões na medula espinhal a andar com o poder do pensamento.

O dispositivo, chamado de "stentrode", é inserido na veia jugular no pescoço e empurrado para cima até atingir o córtex motor do cérebro, responsável pela atividade muscular.

Fiz parte da equipe de pessoas do 39 desenvolvendo e testando o dispositivo, e agora estamos planejando um ensaio clínico no próximo ano em Victoria.

Como funciona?

A posição do stentrode, ao lado do córtex motor, permite receber sinais neurais que iniciam o movimento. Ele envia esses sinais pelos microleads do 12 para uma interface de computador.


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A Universidade de Melbourne. fonte

Aqui, os sinais são traduzidos em informações que podem manipular qualquer coisa, de um membro protético biônico a um exoesqueleto de corpo inteiro, um esqueleto externo do tipo transformador.

O trabalho baseia-se em pesquisas anteriores, que na 2002 encontraram macacos podem mover o cursor do computador com o poder do pensamento. Isso mostrou que era teoricamente possível controlar um membro biônico usando apenas o pensamento.

Em seguida, os pesquisadores usaram dispositivos de eletrodo, como o Matriz de eletrodos de Utahe implantou-os cirurgicamente logo abaixo do crânio no córtex em humanos. Esses dispositivos produziram resultados surpreendentes, incluindo o capacidade para pacientes paralisados operar um membro biônico remoto, completamente separado do corpo, e tomar um gole de café. Esses dispositivos ainda estão sendo desenvolvidos por uma empresa chamada BrainGate.

No entanto, a inserção desses dispositivos requer grandes cirurgias cerebrais com riscos de infecção e rejeição imunológica. Matrizes de eletrodos implantados cirurgicamente também podem causar inflamação no cérebro e sofrer degradação da qualidade do sinal ao longo de seis meses a um ano.

O stentrode visa superar esses problemas. Ao sentar-se dentro da vasculatura do cérebro, o stentrode é incorporado na parede do vaso, protegendo-o das células imunes do cérebro. Nossos estudos pré-clínicos mostram que o cérebro sinaliza a coleta do stentrode na verdade se torna mais limpo e mais forte com o tempo, à medida que essa incorporação de vasos sanguíneos ocorre.

Próximo passo: implantar pacientes

Os primeiros pacientes a receber os implantes stentrode serão pessoas que sofreram uma lesão na coluna vertebral e terminaram com quadriplegia.

Antes de receber o implante, os pacientes serão submetidos a uma ressonância magnética funcional. Eles serão convidados a imaginar movendo o braço para a esquerda e direita, para cima e para baixo, e imaginando mover a mão em direção a alvos na tela do computador.

Isso produzirá um mapa virtual do córtex motor que os cirurgiões podem apontar durante a cirurgia de implante de stentrode, para garantir que o dispositivo cubra a região apropriada do córtex motor.

Então, o próprio cérebro do paciente começará um paradigma de aprendizado, muito semelhante ao aprendizado de tocar um instrumento ou uma nova habilidade motora. Os neurônios do córtex motor serão acionados em resposta ao pensamento do paciente, que será traduzido em um movimento de um cursor, membro biônico ou exoesqueleto.

Inicialmente, esses movimentos serão bruscos, descoordenados e produzirão o resultado incorreto. Mas, através de um processo de tentativa e erro, as propriedades neuroplásticas do cérebro permitirão refinar a atividade neural, eventualmente permitindo atividades coordenadas, como tomar um café ou caminhar com a ajuda de um exoesqueleto.

Outros usos possíveis

O sistema vascular altamente ramificado do cérebro significa que o stentrode poderia ser potencialmente depositado em outros vasos para tratar uma variedade de doenças.

Ele tem o potencial de prever convulsões epilépticas, por exemplo, se colocadas na região do cérebro que dá origem às convulsões. A atividade neural do cérebro muda de maneira previsível antes do início de uma convulsão. O stentrode poderia captar esses sinais de alerta, alertando o paciente para interromper qualquer atividade que colocasse eles ou outras pessoas em perigo, como dirigir ou nadar.

O stentrode também pode ser usado como um dispositivo de neuroestimulação. As terapias atuais para a doença de Parkinson incluem estimulação cerebral profunda (DBS) para liberar a dopamina necessária para movimentos coordenados e suaves. O uso do stentrode como um estimulador alternativo aliviaria a riscos de implantar estimuladores profundamente no cérebro.

O dispositivo também pode ajudar as pessoas com doença do neurônio motor (MND) que são roubadas da capacidade de se mover, falar, comer e eventualmente respirar. No estágio em que as pessoas perdem a capacidade de se comunicar, o stentrode pode ser usado para fornecer uma interface para as pessoas controlarem um computador. Isso pode lhes dar meses ou anos preciosos em que eles podem continuar a se comunicar com seus entes queridos.

Os primeiros ensaios clínicos em humanos do stentrode estão agendados para o 2017. Desde que vejamos os resultados previstos, esperamos que uma versão comercial da tecnologia esteja disponível na primeira metade dos 2020s.

Enquanto isso, um objetivo é adicionar mais eletrodos, permitindo um controle mais refinado para pacientes paralisados ​​não apenas caminhar novamente, mas também obter movimentos finos dos dedos. Poderíamos um dia ver um virtuoso violino "paralisado"? Nós podemos tentar.

Cercas

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Sobre o autor

Clive May, Professor de Neurofisiologia, Instituto Florey de Neurociência e Saúde Mental

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