Como os implantes cerebrais podem deixar as pessoas paralisadas se moverem novamente

Como os implantes cerebrais podem deixar as pessoas paralisadas se moverem novamente

Algo tão simples como pegar uma xícara de chá requer muita ação do seu corpo. Seus músculos do braço disparam para mover seu braço em direção ao copo. Seus músculos do dedo disparam para abrir a mão e, em seguida, dobram os dedos ao redor da alça. Seus músculos do ombro impedem que seu braço saia de seu ombro e seus músculos do núcleo garantem que você não tombe por causa do peso extra do copo. Todos esses músculos têm que disparar de maneira precisa e coordenada, e ainda assim seu único esforço consciente é o pensamento: "Eu sei: chá!"

É por isso que habilitar um membro paralisado a se mover novamente é tão difícil. A maioria dos músculos paralisados ​​ainda pode funcionar, mas sua comunicação com o cérebro foi perdida, então eles não estão recebendo instruções para disparar. Nós ainda não podemos reparar danos à medula espinhal, então uma solução é contorná-la e fornecer as instruções para os músculos artificialmente. E graças ao desenvolvimento da tecnologia para ler e interpretar a atividade cerebral, essas instruções poderiam um dia vir diretamente da mente de um paciente.

Podemos fazer com que os músculos paralisados ​​disparem, estimulando-os com eletrodos colocados dentro dos músculos ou ao redor dos nervos que os fornecem, uma técnica conhecida como estimulação elétrica funcional (FES). Além de ajudar as pessoas paralisadas a se movimentarem, ela também é usada para restaurar a função da bexiga, produzir tosse eficaz e aliviar a dor. É uma tecnologia fascinante que pode fazer uma grande diferença na vida das pessoas com lesão na medula espinhal.

Dimitra Blana e seus colegas da Keele estão trabalhando em como combinar essa tecnologia com o conjunto complexo de instruções necessárias para operar um braço. Se você quiser pegar aquela xícara de chá, quais músculos precisam disparar, quando e por quanto? As instruções de disparo são complicadas, e não apenas devido ao grande número de músculos do núcleo, ombro, braço e dedos envolvidos. Enquanto você bebe lentamente seu chá, essas instruções mudam, porque o peso da xícara muda. Para fazer algo diferente, como coçar o nariz, as instruções são completamente diferentes.

Em vez de apenas experimentar vários padrões de disparo nos músculos paralisados, na esperança de encontrar um que funcione, você pode usar modelos de computador do sistema músculo-esquelético para calculá-los. Esses modelos são descrições matemáticas de como músculos, ossos e articulações agem e interagem durante o movimento. Nas simulações, você pode tornar os músculos mais fortes ou mais fracos, "paralisados" ou "externamente estimulados". Você pode testar diferentes padrões de disparo de forma rápida e segura, e você pode fazer os modelos pegarem suas xícaras de chá repetidamente - às vezes com mais sucesso do que outros.

Modelando os músculos

Para testar a tecnologia, a equipe da Keele está trabalhando com o Centro de Cleveland FES nos EUA, onde eles implantam até eletrodos 24 nos músculos e nervos dos participantes da pesquisa. Eles usam modelagem para decidir onde colocar os eletrodos porque há mais músculos paralisados ​​do que os eletrodos nos sistemas FES atuais.

Se você tem que escolher, é melhor estimular o subescapular ou o supraespinhoso? Se você estimular o nervo axilar, você deve colocar o eletrodo antes ou depois do ramo para o redondo menor? Para responder a estas perguntas difíceis, eles rodam simulações com diferentes conjuntos de eletrodos e escolha o que permite que os modelos de computador façam os movimentos mais eficazes.

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Atualmente, a equipe está trabalhando no ombro, que é estabilizado por um grupo de músculos chamado manguito rotador. Se você conseguir as instruções de disparo para o braço errado, pode chegar até a colher de sopa em vez da faca de manteiga. Se você conseguir as instruções para o manguito rotador errado, o braço pode sair do ombro. Não é uma boa ideia para os modelos de computador, mas eles não se queixam. Os participantes da pesquisa seriam menos tolerantes.

Saber como ativar os músculos paralisados ​​para produzir movimentos úteis como agarrar é apenas metade do problema. Também precisamos saber quando ativar os músculos, por exemplo, quando o usuário quer pegar um objeto. Uma possibilidade é ler essa informação diretamente do cérebro. Recentemente, pesquisadores nos EUA usaram um implante para escutar células individuais no cérebro de um indivíduo paralisado. Como diferentes movimentos estão associados a diferentes padrões de atividade cerebral, o participante foi capaz de selecionar um dos seis movimentos pré-programados que foram gerados pela estimulação dos músculos da mão.

Lendo o cérebro

Este foi um passo emocionante para o campo das próteses neuronais, mas muitos desafios permanecem. Idealmente, os implantes cerebrais precisam durar por muitas décadas - atualmente, é difícil registrar os mesmos sinais, mesmo ao longo de várias semanas, para que esses sistemas precisem ser recalibrados regularmente. Usando novos desenhos de implantes or sinais cerebrais diferentes pode melhorar a estabilidade a longo prazo.


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Além disso, os implantes escutam apenas uma pequena proporção dos milhões de células que controlam nossos membros, de modo que a gama de movimentos que podem ser lidos é limitada. Contudo, controle cerebral de membros robóticos com múltiplos graus de liberdade (movimento, rotação e agarramento) foi alcançado e as capacidades desta tecnologia estão avançando rapidamente.

Finalmente, os movimentos suaves e sem esforço que costumamos dar como certo são guiados por um rico feedback sensorial que nos diz onde nossos braços estão no espaço e quando nossos dedos tocam objetos. No entanto, estes sinais também podem ser perdidos após a lesão pesquisadores estão trabalhando em implantes cerebrais que podem um dia restaurar a sensação, assim como o movimento.

Alguns cientistas estão especulando que a tecnologia de leitura do cérebro poderia ajudar indivíduos fisicamente capazes a se comunicar de forma mais eficiente com computadores, telefones celulares e até mesmo diretamente para outros cérebros. No entanto, este continua a ser o domínio da ficção científica, enquanto o controle do cérebro para aplicações médicas está rapidamente se tornando realidade clínica.

Sobre os Autores

Dimitra Blana, pesquisador em engenharia biomédica, Universidade de Keele

Andrew Jackson, pesquisador sênior da Wellcome Trust, Universidade de Newcastle

Este artigo foi originalmente publicado em A Conversação. Leia o artigo original.

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