Braço Robótico: Implante cerebral habilita tetraplégico a ter sensação nos dedos

Imagine se envolver em um acidente que deixa você incapaz de sentir qualquer sensação em seus braços e dedos. Agora imagine recuperar essa sensação, uma década depois, através de um braço robótico controlado pela mente que está diretamente ligado ao seu cérebro.

Isso é o que Nathan Copeland de 28 anos de idade experimentou depois que ele saiu da cirurgia cerebral que conectou ao cérebro um sistema chamado Brain Computer Interface (BCI), desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Pittsburgh e UPMC. Em um estudo publicado on-line hoje na Science Translational Medicine, uma equipe de especialistas liderados por Robert Gaunt, Ph.D., professor assistente de medicina física e reabilitação na Pitt, demonstrou pela primeira vez em humanos uma tecnologia que permite que o Sr. Copeland experimente a sensação de toque através de um braço robótico que ele controla com seu cérebro.

"O resultado mais importante neste estudo é que a microestimulação do córtex sensorial pode provocar uma sensação natural em vez de formigamento," disse o co-autor do estudo Andrew B. Schwartz, Ph.D., distinguido professor de neurobiologia e professor da cadeira de sistemas da neurociência, Pitt School of Medicine, e membro da Universidade de Pittsburgh Brain Institute. "Esta estimulação é segura, e as sensações evocadas são estáveis ao longo de meses. Ainda há um monte de pesquisa que precisa ser realizada para compreender melhor os padrões de estimulação necessários para ajudar os pacientes a tomar melhores os movimentos."

Esta não é a primeira tentativa da equipe de Pitt-UPMC em uma BCI. Há quatro anos, o co-autor do estudo, Jennifer Collinger, Ph.D., professor assistente do Departamento de Medicina Física e Reabilitação de Pitt, e cientista de pesquisa para o Sistema de Saúde VA Pittsburgh, e sua equipe demonstrou uma BCI que ajudou Jan Scheuermann, que é tetraplégico por uma doença degenerativa. O vídeo de Scheuermann comendo chocolate usando o braço robótico controlado pela mente foi visto em todo o mundo. Antes disso, Tim Hemmes, paralisada em um acidente de moto, estendeu a mão para tocar as mãos de sua namorada.

Mas a forma como nossos braços naturalmente se movem e interagem com o ambiente que nos rodeia é devido não só em 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, uma vez que compete ao cérebro para onde ir e por quanto.

Para o Dr. Gaunt e o resto da equipe de pesquisa, esse foi o próximo passo para o BCI. Enquanto eles procuravam o candidato certo, desenvolveram e refinaram seu sistema de tal forma que os inputs do braço robótico são transmitidos através de uma rede de microeletrodos implantados no cérebro onde os neurônios que controlam o movimento da mão e toque estão localizados. A rede de microeletrodos e seu sistema de controle, que foram desenvolvidos pela BlackRock Microsystems, juntamente com o braço robótico, que foi construído pelo Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins, formou todas as peças do quebra-cabeça.

No inverno de 2004, o Sr. Copeland, que vive no oeste da Pensilvânia, foi dirigir à noite em tempo chuvoso, após acidente de carro quebrou o pescoço e feriu sua medula espinhal, deixando-o com quadriplegia da parte superior do tórax para baixo, incapaz de sentir ou mover seus braços e pernas, e precisando de assistência com todas as suas atividades diárias. Ele tinha 18 anos e em seu primeiro ano de faculdade cursando nanofabricação, na sequência de uma escola secundária onde cursou ciências avançadas.

Ele tentou continuar seus estudos, mas problemas de saúde o forçou a colocar a sua licenciatura em espera. Ele se manteve ocupado indo a concertos e se voluntariando para a Cultura Japonesa da Society Pittsburgh , uma organização sem fins lucrativos que mantém convenções ao redor da arte japonesa como os desenhos animados de anime, algo que o Sr. Copeland ficou interessado depois do acidente.

Logo após o acidente ele mesmo tinha se inscrito no registro de pacientes dispostos a participar em ensaios clínicos da Pitt. Quase uma década depois, a equipe de pesquisa Pitt perguntou se ele estava interessado em participar no estudo experimental.

Depois que ele passou nos testes de triagem, Nathan foi levada para a sala de cirurgia na última primavera. Co-pesquisador do estudo e neurocirurgiã da UPMC Elizabeth Tyler-Kabara, M.D., Ph.D., professor assistente do Departamento de Cirurgia Neurológica da Escola de Medicina de Pitt, implantou quatro pequenas matrizes de microeletrodos cada uma com cerca da metade do tamanho de um botão de camisa no cérebro de Nathan. Antes da cirurgia, técnicas de imagem foram usadas para identificar as regiões exatas no cérebro do Sr. Copeland correspondendo aos sentimentos em cada um de seus dedos e sua palma.

"Eu posso sentir exatamente cada dedo é uma sensação muito estranha", disse Copeland cerca de um mês após a cirurgia. "Às vezes é uma sensação elétrica e, por vezes, de pressão, mas para a maior parte, eu posso sentir a maioria dos dedos com precisão definitiva. Parece que meus dedos estão sendo tocados ou empurrados."

Neste momento, o Sr. Copeland pode sentir a pressão e distinguir a sua intensidade, até certo ponto, embora ele não possa identificar se uma substância é quente ou fria, explica o Dr. Tyler-Kabara.

Michael Boninger, professor de medicina física e reabilitação na Pitt, e diretor médico sênior de cuidados pós-agudos para a Divisão de Serviços de Saúde do UPMC, contou como a equipe Pitt tem alcançado recordes atrás de recordes, a partir de uma compreensão básica de como o cérebro processa sinais sensoriais e motores para aplicação em pacientes

"Lenta mas seguramente, nós estamos movendo esta pesquisa para a frente. Há quatro anos, demonstramos o controle do movimento. Agora Dr. Gaunt e sua equipe levou o que aprendemos em nossos testes com Tim e Jan, por quem temos profunda gratidão, pois nos mostrou como fazer o braço robótico permitir ao usuário sentir-se através de um trabalho dedicado de Nathan ", disse o Dr. Boninger, também um co-autor do trabalho de pesquisa.

Dr. Gaunt explicou que tudo sobre o trabalho destina-se a fazer uso de habilidades naturais do cérebro, já existentes para dar às pessoas de volta o que foi perdido, mas não esquecido. "O objetivo final é criar um sistema que se move e sinta como um braço natural seria," diz o Dr. Gaunt. "Temos um longo caminho a percorrer para chegar lá, mas este é um grande começo."

Fonte: http://medicalxpress.com/journals/science-translational-medicine/

http://medicalxpress.com/news/2016-10-brain-interface-paralyzed.html

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