Aprimorando o Controle de Mãos Protéticas: Avanços Precisos em Interface Cérebro-Computador

Design de Movimento INSIDER

Em um estudo com macacos rhesus, neurocientistas do Centro Primata Alemão investigaram como a funcionalidade de interfaces cérebro-computador e, portanto, também as habilidades motoras finas de neuropróteses podem ser melhoradas. (Imagem: Andres Agudelo-Toro)

Novo Protocolo de Treinamento

Pesquisadores do Centro Primata Alemão, Instituto Leibniz para Pesquisa Primata em Göttingen, desenvolveram um novo protocolo de treinamento para interfaces cérebro-computador em um estudo com macacos rhesus. O método permite controle preciso de mãos protéticas usando apenas sinais do cérebro. Os pesquisadores conseguiram mostrar que os sinais neurais que controlam as diferentes posturas da mão no cérebro são principalmente importantes para este controle, e não, como se assumia anteriormente, sinais que controlam a velocidade do movimento. Os resultados são essenciais para melhorar o controle fino de próteses neurais de mão, que poderiam devolver a pacientes paralisados parte ou toda a sua mobilidade.

Importância das Mãos no Cotidiano

Carregar sacolas de compras, passar uma linha no buraco de uma agulha — pegadas de força e precisão fazem parte de nossas vidas diárias. Só percebemos o quão importantes nossas mãos são quando não podemos mais usá-las, por exemplo, devido a paraplegia ou doenças como ELA, que causam paralisia muscular progressiva.

Para ajudar pacientes, cientistas pesquisam neuropróteses há décadas. Estas mãos, braços ou pernas artificiais poderiam devolver a mobilidade a pessoas com deficiências. Conexões nervosas danificadas são contornadas via interfaces cérebro-computador que decodificam sinais do cérebro, os traduzem em movimentos e assim podem controlar a prótese. Até agora, no entanto, as próteses de mão careciam das habilidades motoras finas necessárias para uso no dia a dia.

Foco em Sinais de Postura vs. Velocidade

"O quão bem uma prótese funciona depende principalmente dos dados neurais lidos pela interface de computador que a controla", disse Andres Agudelo-Toro, cientista no Laboratório de Neurobiologia do Centro Primata Alemão e primeiro autor do estudo. "Estudos anteriores sobre movimentos de braço e mão focaram nos sinais que controlam a velocidade de um movimento de preensão. Queríamos descobrir se sinais neurais representando posturas da mão poderiam ser mais adequados para controlar neuropróteses."

Para o estudo, os pesquisadores trabalharam com macacos rhesus (Macaca mulatta). Como humanos, eles têm um sistema nervoso e visual altamente desenvolvido, bem como habilidades motoras finas pronunciadas. Isso os torna particularmente adequados para pesquisar movimentos de preensão.

Metodologia Experimental

Para preparar o experimento principal, os cientistas treinaram dois macacos rhesus para mover uma mão de avatar virtual em uma tela. Durante esta fase de treinamento, os macacos realizaram os movimentos da mão com sua própria mão enquanto viam simultaneamente o movimento correspondente da mão virtual na tela. Uma luva de dados com sensores magnéticos, que os macacos usavam durante a tarefa, registrou os movimentos das mãos dos animais.

Uma vez que os macacos aprenderam a tarefa, eles foram treinados para controlar a mão virtual em uma próxima etapa "imaginando" a pegada. A atividade de populações de neurônios nas áreas corticais cerebrais especificamente responsáveis pelo controle de movimentos da mão foi medida. Os pesquisadores focaram nos sinais que representam as diferentes posturas da mão e dos dedos e adaptaram o algoritmo da interface cérebro-computador, que traduz os dados neurais em movimento, em um protocolo correspondente.

"Desviando do protocolo clássico, adaptamos o algoritmo para que não apenas o destino de um movimento seja importante, mas também como você chega lá — o caminho de execução", explicou Andres Agudelo-Toro. "Isso finalmente levou aos resultados mais precisos."

Os pesquisadores então compararam os movimentos da mão do avatar com os dados da mão real que haviam registrado anteriormente e conseguiram mostrar que estes foram executados com precisão comparável.

Resultados e Implicações Futuras

"Em nosso estudo, conseguimos mostrar que os sinais que controlam a postura de uma mão são particularmente importantes para controlar uma neuroprótese", disse Hansjörg Scherberger, chefe do Laboratório de Neurobiologia e autor sênior do estudo. "Estes resultados podem agora ser usados para melhorar a funcionalidade de futuras interfaces cérebro-computador e, assim, também melhorar as habilidades motoras finas de próteses neurais."

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