Aprimorando o controle protético da mão:avanços precisos na interface cérebro-computador

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Num estudo com macacos rhesus, neurocientistas do Centro Alemão de Primatas investigaram como a funcionalidade das interfaces cérebro-computador e, portanto, também as habilidades motoras finas das neuropróteses podem ser melhoradas. (Imagem:Andrés Agudelo-Toro)
Pesquisadores do Centro Alemão de Primatas, Instituto Leibniz de Pesquisa de Primatas em Göttingen, desenvolveram um novo protocolo de treinamento para interfaces cérebro-computador em um estudo com macacos rhesus. O método permite o controle preciso das mãos protéticas usando apenas sinais do cérebro. Os investigadores conseguiram mostrar que os sinais neurais que controlam as diferentes posturas das mãos no cérebro são principalmente importantes para este controlo, e não, como se supunha anteriormente, os sinais que controlam a velocidade do movimento. Os resultados são essenciais para melhorar o controle preciso das próteses neurais das mãos, o que poderia devolver parte ou toda a mobilidade aos pacientes paralisados.

Carregar sacolas de compras, puxar uma linha pelo fundo de uma agulha:punhos potentes e precisos fazem parte do nosso dia a dia. Só percebemos a importância das nossas mãos quando já não podemos utilizá-las, por exemplo devido a paraplegia ou doenças como a ELA, que provocam paralisia muscular progressiva.

Para ajudar os pacientes, os cientistas pesquisam neuropróteses há décadas. Estas mãos, braços ou pernas artificiais podem devolver a mobilidade às pessoas com deficiência. As conexões nervosas danificadas são interligadas por meio de interfaces cérebro-computador que decodificam os sinais do cérebro, traduzem-nos em movimentos e podem, assim, controlar a prótese. Até agora, no entanto, as próteses manuais careciam das habilidades motoras finas necessárias para serem usadas na vida cotidiana.

“O bom funcionamento de uma prótese depende principalmente dos dados neurais lidos pela interface do computador que a controla”, disse Andres Agudelo-Toro, cientista do Laboratório de Neurobiologia do Centro Alemão de Primatas e primeiro autor do estudo. "Estudos anteriores sobre movimentos de braços e mãos concentraram-se nos sinais que controlam a velocidade de um movimento de preensão. Queríamos descobrir se os sinais neurais que representam as posturas das mãos poderiam ser mais adequados para controlar neuropróteses."

Para o estudo, os pesquisadores trabalharam com macacos rhesus (Macaca mulatta). Como os 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.

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

Depois que os macacos aprenderam a tarefa, eles foram treinados para controlar a mão virtual na próxima etapa, “imaginando” a pegada. Foi medida a atividade de populações de neurônios nas áreas corticais do cérebro que são especificamente responsáveis ​​pelo controle dos movimentos das mãos. Os investigadores concentraram-se nos sinais que representam as diferentes posturas das mãos e dos dedos e adaptaram o algoritmo da interface cérebro-computador, que traduz os dados neurais em movimento, num protocolo correspondente.

“Desviando do protocolo clássico, adaptamos o algoritmo para que não só o destino de um movimento seja importante, mas também como chegar lá – o caminho de execução”, explicou Andres Agudelo-Toro. “Isso acabou levando a 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.

“No 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 sénior do estudo. “Esses resultados podem agora ser usados ​​para melhorar a funcionalidade de futuras interfaces cérebro-computador e, assim, também para melhorar as habilidades motoras finas de próteses neurais.”

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