Estudos

Sistema de computador permite homem voltar a andar com as próprias pernas

Um homem que perdeu o uso de suas pernas devido a uma lesão na medula espinhal voltou a andar depois que os cientistas redirecionaram sinais de seu cérebro para eletrodos de joelhos. O americano de 26 anos usou uma cadeira de rodas por cinco anos depois que um acidente o deixou paralisado da cintura para baixo. Os médicos disseram que ele foi a primeira pessoa com paraplegia causada por uma lesão na coluna a andar sem depender de membros robóticos que são controlados manualmente.

O homem percorreu um percurso de 3,5 metros depois de ter sido equipado com uma capa de eletrodo que capta ondas cerebrais e as transmite sem fio para um computador, que decifra as ondas como uma intenção de ficar parado ou andar. O comando relevante é então enviado para um microcontrolador no cinturão do homem e para os nervos que acionam os músculos para mover as pernas.

O paciente necessitou de treinamento intensivo para gerar sinais de marcha reconhecíveis em seu cérebro e aprender a usar o dispositivo para colocar um pé na frente do outro. Ele também precisava de treinamento físico extensivo para aumentar o tônus ​​muscular nas pernas.

“Mesmo depois de anos de paralisia, o cérebro ainda pode gerar ondas cerebrais robustas que podem ser aproveitadas para permitir uma caminhada básica”, disse An Do, da Universidade da Califórnia em Irvine, que liderou o estudo de prova de conceito.

“Mostramos que você pode restaurar a caminhada intuitiva controlada pelo cérebro após uma lesão completa na medula espinhal. Esse sistema não invasivo de estimulação muscular nas pernas é um método promissor e é um avanço em nossos atuais sistemas controlados pelo cérebro, que usam a realidade virtual ou um exoesqueleto robótico ”.

O homem aprendeu a produzir os sinais cerebrais cerebrais ao mover um avatar em um ambiente virtual enquanto estava sentado usando a touca, que possui um eletroencefalograma (EEG) integrado que monitora as ondas cerebrais. Quando ele tinha feito progresso suficiente, ele praticava andar de verdade enquanto estava suspenso a 5cm do chão, de modo que ele pudesse mover suas pernas livremente sem ter que suportar seu peso.

Na vigésima sessão do paciente, ele usou o sistema para andar no chão, ajudado por uma estrutura que impedia que ele caísse. Durante o curso de 19 semanas, ele aprendeu melhor controlar o dispositivo e, assim, o movimento de suas pernas.

Em vez de ter um controle preciso de cada perna, o paciente ativa o sistema com um conceito geral de caminhada, disse o programa Today da Radio 4 na quinta-feira. “Não é tanto que ele esteja pensando ‘mova a perna direita e mova a perna esquerda'”, disse ele. “O que acontece é que o sistema de computador detecta quando as ondas cerebrais mudam de um estado de não caminhar para um estado de andar.

“Quando o computador detecta que uma pessoa está andando, com base nessas ondas cerebrais, liga o estimulador elétrico, que começa a criar contrações musculares na perna direita primeiro e depois na perna esquerda; perna direita, perna esquerda. E então ele continua fazendo isso automaticamente até que ele pare de pensar em andar, então o fecha e o mantém em pé. Então, ele realmente tem o controle de um conceito geral de caminhar ou não andar ”.

Uma lesão na medula espinhal corta os nervos que transportam sinais do cérebro para os membros. Os nervos não voltam a crescer e muitas vezes formam cicatrizes no local do dano. O dispositivo de prova de conceito mostra o potencial de sistemas computadorizados que podem ler sinais do cérebro, contornar áreas danificadas e alimentá-los de volta aos nervos saudáveis ​​que controlam os músculos para andar.

Pesquisadores do laboratório enfatizaram que só haviam testado a interface cérebro-computador em um paciente e que muito mais pacientes seriam necessários para testes antes que pudessem avaliar sua utilidade mais geral para pessoas com paraplegia. Detalhes do estudo são relatados no Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation .

Se o dispositivo funcionar bem em outros, a tampa do eletrodo poderá eventualmente ser trocada por um implante oculto que monitore os sinais cerebrais abaixo do crânio.

Zoran Nenadic, um colega de Do’s em Irvine, disse: “Esperamos que um implante possa alcançar um nível ainda maior de controle de próteses, porque as ondas cerebrais são registradas com maior qualidade. Além disso, tal implante poderia entregar a sensação de volta ao cérebro, permitindo que o usuário sinta suas pernas ”.

Em seu relatório, os cientistas descrevem como o paciente foi capaz de conduzir uma “conversa leve” com a equipe de teste enquanto tentava caminhar.

Os cientistas têm uma série de grandes obstáculos a superar antes que o dispositivo possa ser usado para ajudar os paraplégicos a andar livremente. Em testes de laboratório, o computador ficou confuso quando o paciente estava andando no chão, potencialmente porque os sinais cerebrais para caminhar se misturavam com os outros para equilíbrio e estabilização.

Outro problema é a maior parte do sistema, que precisará ser resolvido com dispositivos implantáveis ​​menores. Escrevendo na revista, os pesquisadores dizem: “A natureza incômoda do atual sistema não invasivo torna improvável sua adoção para a restauração da caminhada no subsolo.

“Esta limitação pode potencialmente ser tratada por um sistema de interface cérebro-computador totalmente implantável, que pode ser previsto para empregar sinais neurais gravados de maneira invasiva”.

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