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Novo sistema sem cabos permite paciente com paralisia operar computador pelo pensamento à distância

Sistema capaz de transmitir informações com alta fidelidade via wireless libera paciente da necessidade de inserir fios na cabeça. Para manipular mouse, pessoa precisa apenas apenas imaginar os movimentos
Cérebro

Créditos: Shutterstock

Cada vez mais, o desenvolvimento das Interfaces cérebro-máquina (ICMs) representa uma esperança de qualidade de vida para as pessoas portadoras de alguma forma de paralisia. As ICMs permitem que os indivíduos com diferentes graus de comprometimento dos movimentos possam digitar em telas de computador e manipular próteses robóticas apenas pensando em movimentar o corpo. Durante anos, ICMs usados em estudos clínicos necessitavam de cabos para conectar os setores sensoriais do cérebro a computadores que decodificam os sinais e os utiliza para mover equipamentos.

Agora, pela primeira vez , os participantes tetraplégicos do estudo BrainGate tiveram acesso a uma ICM intracortical com transmissão externa wireless, isto é, sem fios. O tradicional sistema de cabos é substituído por uma pequeno transmissor de aproximadamente 5 centímetros e 42 gramas.  O dispositivo fica localizado no topo da cabeça do usuário e se conectado a um conjunto de eletrodos dentro do córtex motor, através da mesma passagem utilizada pelos sistemas com fio.

Dispositivos wireless na prática

De acordo com o estudo publicado na IEEE Transactions on Biomedical Engineering, dois participantes do teste usaram o dispositivo BrainGate sem fio para apontar, clicar e escrever em um tablet.  Os resultados mostraram que esse sistema transmite sinais com a mesma eficácia daqueles que possuem cabos, uma vez que os participantes atingiram as mesmas velocidades de digitação e precisão em desafio de clicar e pontar.

“Nós demonstramos que esse sistema wireless é funcionalmente equivalente àqueles utilizados em performances de interfaces cérebro-computador durante anos”, disse John Simeral, professor da Universidade Brown, membro da equipe da pesquisa BrainGate e autor principal do estudo “Os sinais são retidos e transmitidos com a mesma fidelidade, algo que significa que podemos usar os mesmos algoritmos de decodificação. A única diferença é que as pessoas não precisam mais estarem conectadas ao equipamento, abrindo novas possibilidades de como o sistema poder ser usado”

Segundo os pesquisadores, o estudo representa um passo inicial, porém importante, na direção do maior objetivo das pesquisas sobre ICMs: um dispositivo intracortical implantável que auxilia na restauração da independência de pessoas que perderam habilidades de movimento. Apesar da existência de objetos como esse já ter sido reportada anteriormente, essa é a primeira vez que observamos um sistema wireless capaz de transmitir completamente os sinais recebidos pelo sensor intracortical. Isso favorece o desenvolvimento de pesquisas na área da neurociência humana, que não poderiam ser feitas com a mesma facilidade caso fossem utilizados ICMs conectados por cabos.

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Conforme apontam os resultados, o novo estudo demonstrou algumas dessas nova possibilidades. A equipe selecionou dois participantes, de 35 e 63 anos, ambos paralisados devido a danos na coluna vertebral, para serem conectados a dispositivos wireless. Eles conseguiram manusear os sistemas em suas casas, em vez de laboratórios, local onde acontece a maioria das pesquisas do campo. Sem a restrição imposta pelos fios, eles conseguiram usar a ICM por 24 horas, sem interrupções, fornecendo aos pesquisadores dados de longa duração, que incluíam o tempo em que os participants dormiam.

“Nós queremos entender como os sinais neurológicos progridem ao longo do tempo”, disse Leigh Hochber, também da Universidade Brown. “Com esse sistema, pudemos observar a atividade cerebral por longos períodos de um modo que, anteriormente, era impossível. Isso irá nos ajudar a desenvolver algoritmos de decodificação confiáveis e intuitivos que oferecem a restauração da mobilidade para pessoas com paralisia”.

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O dispositivo utilizado no estudo foi criado no laboratório de Arto Nurmikko, professor de engenharia da Universidade Brown.  Apelidado de Brown Wireless Device (BWD), ele foi projetado para transmitir os sinais com alta fidelidade e gastando energia mínima. No estudo atual, dois dispositivos usados juntos gravaram sinais de 48 megabits por segundo vindos de 200 eletrodos com bateria de vida útil de mais de 36 horas.

Senso assim, o BWD já tenha havia registrado sucesso em suas aplicações em pesquisas neurocientíficas dos últimos sete anos. Apesar disso, os testes e permissões de regulamentação adicionais foram necessários antes da utilização do sistema no estudo clínico da BrainGate. De acordo com Nurmikko, o estágio de uso humano marca um momento crucial no desenvolvimento da tecnologia de ICMs.

“Eu tenho o privilégio de ser parte de uma equipe que está ultrapassando as barreiras do uso humano de interfaces cérebro-máquina,” disse Nurmikko. “A tecnologia de dispositivos wireless descrita em nosso trabalho nos ajudou a obter uma visão crucial do caminho que ainda temos que percorrer para projetar as novas versões de neurotecnologias.”

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O novo estudo representa outro avanço importante para os pesquisadores da BrainGate, grupo interdisciplinar formado por membros das Universidades Brown, Stanford e Case Western Reserve em parceria com os hospitais Providence Veterans Affairs Medical Center e Massachusetts General Hospital. Em 2012, a equipe publicou os resultados históricos da pesquisa na qual os participantes puderam, pela primeira, operar próteses robóticas multidimensionais usando ICMs. O trabalho foi seguido por um fluxo constante de refinamentos do sistema. Eles, assim como avanços clínicos, tornaram possível que pacientes portadores de paralisia digitassem em computadores para movimentar seus corpos.

“A evolução de ICMs conectados por cabos para dispositivos wireless é um grande passo para a implantação completa desses sistemas om alto desempenho”, disse Sharlene Flesher, coautora do estudo. “Os estudos na área buscam reduzir a banda larga transmitida ao mesmo tempo em que se preserva a precisão do sistema. Esta pesquisa pode ser uma das únicas que captou toda a amplitude dos sinais corticais por longos períodos de tempo.”

Essa nova tecnologia sem fio já está oferecendo resultados inesperados. Conforme apontam os pesquisadores, os participantes conseguiram usar os dispositivos em suas próprias casas sem a necessidade do auxílio de profissionais para manter a conexão. Dessa maneira, a equipe pode dar continuidade aos seus trabalhos durante a pandemia.

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“Em março de 2020, ficou claro que não seria possível visitar nossos pacientes em suas casas”, disse Hochber. “Mas a partir do treinamento de seus cuidadores para estabelecer a conexão sem fio, eles puderam usar os ICMs sem que nós precisássemos estar lá. Então, não só fomos capazes de prosseguir com nossos estudos, mas essa tecnologia também permitiu que déssemos continuidade a banda larga e precisão que tínhamos antes“.

John Simeral ainda constatou que “diversas empresas entraram no campo de ICMs. Muitas delas já conseguiram demonstrar o uso humano de sistemas sem fio de baixa banda larga, incluindo alguns que foram completamente implantados. Neste relatório, estamos entusiasmados por termos usado dispositivos wireless de alta banda larga que oferecem um maior número possibilidade científicas para sistemas futuros.”

Publicado 02/04/2021

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