Estudo conduzido pelo laboratório do cientista Miguel Nicolelis, na Universidade Duke, conseguiu um avanço considerável no esforço para o desenvolvimento de neuropróteses que possam restabelecer movimentos bimanuais em pacientes portadores de graus devastadores de paralisia corpórea. A pesquisa mostra que dois macacos aprenderam a controlar os movimentos de ambos os braços de um corpo virtual, ou “avatar”, usando apenas a atividade elétrica do cérebro. A descoberta foi publicada na edição on-line da revista Science Translational Medicine nesta quarta-feira
Para permitir que macacos controlassem dois braços virtuais, os neurocientistas registraram simultaneamente a atividade elétrica de quase 500 neurônios, distribuídos por múltiplas áreas dos dois hemisférios cerebrais do cérebro de cada um dos animais. Essa amostragem representa o maior número de neurônios registrados e descritos na literatura até o momento. Milhões de pacientes em todo o mundo sofrem com as limitações motoras e sensoriais causadas por lesões permanentes da medula espinhal.
Cientistas trabalham para desenvolver novas terapias, que permitam restaurar tanto a mobilidade quanto a sensibilidade tátil através da conexão direta do tecido nervoso com uma variedade de próteses e outros instrumentos de reabilitação. Esse paradigma muito promissor, conhecido como interfaces cérebro-máquina, foi introduzido pelo Centro de Neuroengenharia da Universidade Duke no início dos anos 2000. No entanto, até agora todas as aplicações de interfaces cérebro máquina envolviam o controle de apenas um braço artificial.
"Movimentos bimanuais, como digitar num teclado ou abrir uma lata, são fundamentais na nossa rotina diária", disse o autor do estudo, Miguel Nicolelis, professor de neurobiologia da Faculdade de Medicina da Universidade Duke. "Futuras aplicações das interfaces cérebro-máquina criadas para restaurar a mobilidade de pacientes paralisados certamente terão que incorporar o controle de
múltiplos membros – superiores e inferiores – para realmente beneficiar essa população."
Treinamento
Nesse estudo, o cientista e seus colegas investigaram como registros da atividade elétrica de grandes populações neuronais poderiam servir como fonte de sinais para o controle de movimentos bimanuais gerados por uma nova interface cérebro-máquina. Nela, macacos foram treinados num ambiente de realidade virtual dentro do qual eles podiam visualizar numa tela de computador colocada a sua frente, braços e mãos virtuais de um “avatar”de macaco extremamente realista.
Durante o período de treinamento, os macacos foram encorajados a colocar essas mãos virtuais dentro de alvos específicos que apareciam na tela durante a execução de uma tarefa bimanual. Primeiramente, os macacos utilizaram dois joysticks para controlar os movimentos dos braços e mãos virtuais. Subsequentemente, os animais aprenderam a usar apenas a atividade elétrica dos seus cérebros para moverem os membros virtuais sem que para isso precisassem mover os seus próprios braços.
À medida que os animais melhoravam o seu controle mental dos movimentos dos braços virtuais, os cientistas observaram um alto grau de plasticidade cerebral em múltiplas áreas corticais do cérebro desses animais. Esses resultados sugerem que os cérebros desses primatas literalmente incorporaram os braços virtuais do avatar como uma extensão da “imagem interna” do corpo contida no sistema nervoso de cada um desses macacos, confirmando o achado recentemente publicado pelo mesmo grupo no Proceedings of the National Academy of Sciences.
Os cientistas da Duke também observaram que neurônios corticais, distribuídos em múltiplas regiões, exibiram padrões de disparo elétrico específicos durante a execução de movimentos bimanuais. Além disso, o estudo confirmou a teoria que grandes populações de neurônios, e não neurônios isolados, definem a verdadeira unidade funcional para a geração de comandos motores.
Assim, pequenas amostras neuronais seriam totalmente insuficientes para reproduzir comportamentos motores complexos através de uma interface cérebromáquina. "Quando nós medimos as propriedades funcionais de neurônios individuais, bem como de populações inteiras de células corticais, nós notamos que a simples soma da atividade elétrica neuronal correlacionada com movimentos isolados dos braços direito e esquerdo não nos permitiu prever como os mesmos neurônios e populações neuronais se comportariam quando ambos os braços se engajavam na realização de uma tarefe motora" disse Nicolelis. Esse achado sugere a existência de uma propriedade neural emergente – uma soma não-linear – quando ambos os
braços são movidos ao mesmo tempo.
O grupo liderado por Nicolelis, e que envolve mais de 100 cientistas em dois continentes, está incorporando os resultados desse estudo no projeto Andar de Novo (Walk Again), uma colaboração internacional que visa construir o primeiro exoesqueleto robótico de corpo inteiro controlado por uma interface cérebro-máquina. O projeto planeja demonstrar a operação durante cerimônia de abertura da Copa do Mundo de Futebol FIFA no dia 12 de junho de 2014. Para o pesquisador brasileiro, o Walk Again é comparável à chegada do homem à Lua.
Além de Nicolelis, os outros autores do estudo são: Peter J. Ifft, do Centro de Neuroengenharia e Departamento de Engenharia Biomédica, Universidade Duke, Solaiman Shokur, do Centro de Neuroengenharia da Duke, Escola Politécnica Federal de Lausanne e Instituto Internacional de Neurociências de Natal Edmond e Lily Safra, Zhen Li e Mikhail A. Lebedev, Centro de Neuroengenharia e Departamento de Neurobiologia da Universidade Duke. Esse estudo foi financiado pelo National Institutes of Health.
