Pesquisadores liderados pelo neurocientista brasileiro Miguel Nicolelis desenvolveram uma interface cerebral sem fio que permite a macacos controlar os movimentos de uma cadeira de rodas robótica usando apenas os pensamentos. O estudo sugere que interfaces semelhantes poderiam ser usadas para ajudar pessoas com paralisia severa a navegar diversos dispositivos robóticos usando a mente.
Antes desse estudo, pesquisadores conseguiram usar interfaces cérebro-máquina (BMI, na sigla em inglês) para ajudar primatas a controlarem membros artificiais. Mas como a nova pesquisa mostra, também é possível usar as leituras de implantes corticais e usá-los para facilitar o movimento do corpo inteiro. Apesar do estudo ter sido feito com foco nos movimentos de uma cadeira de rodas, as descobertas sugerem que dispositivos robóticos mais sofisticados podem ser controlados via BMIs, sem necessidade de nenhum tipo de intervenção física. Os detalhes do trabalho podem ser encontrados na Scientific Reports, da Nature.
Um coputador no laboratório de Nicolelis monitora os sinais cerebrais de um macaco-rhesus. Crédito: Shawn Rocco/Duke Health
O estudo, liderado pelo especialista em interfaces cerebrais Miguel Nicolelis, do Duke Health, é o primeiro a ter sucesso no uso de BMIs para locomoção do corpo inteiro. Ao implantar um dispositivo multicanal sem fio de alto rendimento no cérebro de macacos, os pesquisadores demonstraram que os animais podem aprender a conduzir uma cadeira de rodas usando cerca de 300 neurônios. O dispositivo permitiu a eles imaginar a trajetória de momento a momento e navegar até um alvo usando conexão sem fio.
O experimento faz parte do projeto Andar de Novo, de Nicolelis, que tem como foco tecnologias que leiam as ondas cerebrais de pessoas com paralisia para traduzi-las em sinais que possam controlar membros artificiais e outros dispositivos assistivos.
“Não estamos focados na cadeira de rodas – estamos desenvolvendo exoesqueletos robóticos paralelamente a isso,” disse Nicolelis. “Mas em princípio, pode ser qualquer tipo de dispositivo porque essa é uma abordagem de propósito geral.” O sistema pode ser usado por pacientes com deficiências severas para controlar vários itens “inteligentes” pela casa.
O experimento começou anos atrás quando Nicolelis implantou centenas de microfilamentos no cérebro de dois macacos-rhesus. Tirando isso, eles são perfeitamente saudáveis, e não possuem nenhum tipo de limitação física; nas palavras de Nicolelis, eles são “até mais saudáveis que algumas pessoas que vivem nos Estados Unidos.”
Os animais foram treinados para seguir com as cadeiras de rodas até um prêmio, que era uma tigela com uvas. Os pesquisadores registraram cuidadosamente a atividade cerebral dos animais enquanto isso acontecia. Depois disso, eles programaram um computador para traduzir os sinais cerebrais em comandos motores digitais que controlavam os movimentos da cadeira de rodas.
Crédito: Duke Health/Nature Neuroscience
Diferentemente de experimentos anteriores nos quais os primatas controlavam membros robóticos, esses macacos não foram previamente treinados. Isso é importante, porque pessoas que perderam controle motor ou mobilidade devido a uma quadriplegia ou esclerose lateral amiotrófica não conseguem usar as mãos ou outras partes do corpo para se acostumarem a um sistema.
Fascinantemente, os macacos ficaram melhores no controle com o passar do tempo. Eles ficaram mais eficientes na navegação, e análise dos sinais cerebrais mostraram que os macacos contemplavam a distância até a tigela com uvas. De acordo com Nicolelis, esse sinal, que não estava presente no começo do experimento, demonstrou a enorme flexibilidade do cérebro ao assimilar um dispositivo móvel completamente estranho. “Nossos dados mostram que a cadeira de rodas começou a ser percebida pelo cérebro do macaco como uma extensão da representação do seu corpo,” ele disse. “Essencialmente, a cadeira de rodas está se tornando parte do corpo do macaco.”
Crédito: Duke Health/Nature Neuroscience
Existem outros tipos de BMI, incluindo dispositivos de interface não-invasiva controlados por eletroencefalografia. Infelizmente, esses dispositivos são muito limitados em termos do que eles são capazes de controlar. O novo estudo sugere que, para registrar movimentos complexos de corpo inteiro, implantes cerebrais permanentes são necessários. Para seres humanos, isso pode significar cirurgia. Mas, como mostrou a pesquisa de Nicolelis, eles podem ser seguros e duráveis.
Implantes só foram deixados no cérebro humano por algumas semanas ou meses, mas os implantes de Nicolelis já tem sete anos de idade. Para conseguir essa durabilidade, os pesquisadores usaram um microfilamento flexível fino como um fio de cabelo. Depois de implantada, a matriz se estabelece lentamente com suas microfibras aderindo ao tecido cerebral. E como os implantes se movem com o tecido, eles não parecem danificar o cérebro. “Isso nos torna bastante confiantes de que esse novo tipo de tecnologia poderá ser usado em humanos em breve,” disse Nicolelis. E os testes com humanos devem mesmo ser o próximo passo.
“Vamos fazer isso agora,” ele disse. “Estamos prontos com a tecnologia então estamos preparando a aplicação de implantes em humanos. Finalmente chegamos aqui, depois de 17 anos de pesquisa. Acho que estamos prontos para isso.”
Imagem de topo: um macaco coletando sua recompensa. Crédito: Duke Health