Pesquisadores desenvolvem prótese cerebral para amputados

“Conseguimos mostrar o primeiro controle totalmente neural da caminhada biônica”, disse Hyunkyun Chang, primeiro autor do estudo e pesquisador de pós-doutorado no MIT.

A maioria das próteses biônicas avançadas depende de comandos robóticos pré-programados, em vez de sinais cerebrais do usuário. Tecnologias robóticas avançadas podem detectar o ambiente e executar repetidamente movimentos predefinidos das pernas para ajudar uma pessoa a navegar nesse tipo de terreno.

Mas muitos desses robôs funcionam melhor em superfícies irregulares e têm dificuldade para superar obstáculos comuns, como solavancos ou poças. Quando a prótese está em movimento, especialmente em resposta a mudanças repentinas de terreno, a pessoa que usa a prótese muitas vezes tem pouca influência no ajuste da prótese.

“Quando ando, um algoritmo envia comandos para um motor, então parece que estou andando, mas não estou”, disse Hugh Herr, investigador principal do estudo e professor de artes e ciências midiáticas no MIT. Pioneiro na área da biomecatrônica, área que combina biologia com eletrônica e mecânica. As pernas de Herr foram amputadas abaixo do joelho devido a congelamento há vários anos, e ele usa próteses robóticas avançadas.

“Há evidências crescentes [showing] “Quando você conecta o cérebro a uma prótese mecatrônica, ocorre uma metáfora onde uma pessoa vê o membro protético como uma extensão natural de seu corpo”, disse Herr.

Os autores trabalharam com 14 participantes do estudo, metade dos quais foi submetida a uma amputação abaixo do joelho por meio de uma abordagem chamada interface mioneural agonista-antagonista (IAM), enquanto a outra metade foi submetida a uma amputação tradicional.

“O que é realmente interessante nisso é como está melhorando a inovação cirúrgica com a inovação tecnológica”, disse Conor Walsh, professor da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard, especializado no desenvolvimento de robôs auxiliares vestíveis e que não esteve envolvido no estudo.

A amputação por IAM foi desenvolvida para resolver as limitações da cirurgia de amputação tradicional, que corta inserções musculares críticas no local da amputação.

Os movimentos são possíveis movendo-se em pares de músculos. Um músculo – conhecido como agonista – contrai-se para mover uma articulação e o outro – conhecido como antagonista – alonga-se em resposta. Por exemplo, durante uma rosca bíceps, o músculo bíceps é o agonista porque se contrai para levantar o antebraço, enquanto o músculo tríceps é o antagonista porque ativa o movimento.

Quando a cirurgia corta os pares musculares separados, a capacidade do paciente de sentir as contrações musculares pós-cirúrgicas é prejudicada, comprometendo assim a sua capacidade de sentir com precisão e precisão onde sua prótese está no espaço.

Em contraste, o procedimento IAM recoloca os músculos da articulação restante.

“Este estudo faz parte de um movimento em direção a tecnologias sintéticas de próxima geração”, disse Eric Rombokas, professor assistente de engenharia mecânica na Universidade de Washington, que não esteve envolvido no estudo.

Uma amputação abaixo do joelho é chamada de procedimento IAM Amputação de Ewing Em 2016, ele se tornou a primeira pessoa desde Jim Ewing a receber o procedimento.

Pacientes submetidos a amputações de Ewing experimentaram menos perda muscular nos membros sobreviventes e menos dor fantasma, a sensação de desconforto em um membro que não existe mais.

Os pesquisadores equiparam todos os participantes com uma nova articulação biônica, que consiste em um tornozelo artificial, um dispositivo que mede o movimento muscular e a atividade elétrica a partir de eletrodos colocados na superfície da pele.

O cérebro envia impulsos elétricos aos músculos, fazendo com que eles se contraiam. As contrações geram sinais elétricos próprios, que são detectados por eletrodos e enviados para minúsculos computadores dentro da prótese. Os computadores convertem esses sinais elétricos em energia e movimento para o satélite.

A participante do estudo Amy Pietrafitta, que recebeu uma amputação de Ewing após queimaduras graves, disse que o membro biônico lhe deu a capacidade de apontar ambas as pernas e realizar movimentos de dança novamente.

“É muito real ter esse tipo de flexibilidade”, disse Pietrafitta. “Parecia que tudo estava lá.”

Com os seus sentidos musculares melhorados, os participantes com amputações de Ewing foram capazes de usar os seus membros biónicos para andar mais rápido e com uma marcha mais natural do que os amputados tradicionais.

Quando uma pessoa precisa se desviar dos padrões normais de caminhada, ela pode ter que se esforçar mais para se locomover.

“Esse gasto de energia… faz com que nosso coração trabalhe mais e nossos pulmões trabalhem mais… e pode levar à destruição gradual das articulações do quadril ou da parte inferior da coluna”, diz Matthew J., cirurgião plástico reconstrutivo da Brigham and Women’s Hospital. Cardi disse. e foi o primeiro médico a realizar o procedimento de IAM.

Os pacientes que receberam uma amputação de Ewing e uma nova prótese conseguiram navegar em rampas e escadas com facilidade. Eles ajustaram os pés com firmeza para sair da escada e absorver o choque da descida.

Os pesquisadores esperam ter a nova prótese disponível comercialmente nos próximos cinco anos.

“Estamos começando a ter um vislumbre deste futuro glorificado, onde uma pessoa pode perder uma grande parte do seu corpo e ter a tecnologia para reconstruir esse aspecto do seu corpo para funcionar plenamente”, disse Herr.