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Neuromodulação: conectar sensores e circuitos elétricos com o sistema nervoso aumenta a sensibilidade de pessoas com próteses

Reprodução, ETH Zurique

Fonte

ETH Zurique | Instituto Federal de Tecnologia de Zurique

Data

quarta-feira, 24 novembro 2021 06:30

Áreas

Bioeletrônica. Biomecânica. Engenharia Biomédica.

O Dr. Stanisa Raspopovic é professor no Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (ETH Zurique), na Suíça, e tem desenvolvido uma série de avanços na interface entre o corpo e sistemas tecnológicos. A solução mais conhecida são as neuropróteses para amputados acima do joelho que desenvolveu junto com sua equipe. As próteses ficam conectadas aos nervos da coxa do paciente por meio de eletrodos implantados. Esses eletrodos transmitem informações a partir de sensores na sola do pé protético, para que o usuário da prótese possa sentir quando o pé toca o solo – algo que não podia ser feito desde a amputação. “Isso nos permite ajudar os pacientes a andar melhor e reduzir a dor fantasma”, disse o Dr. Raspopovic. Por suas realizações, ele recebeu o Prêmio ETH Zurich Latsis.

Unindo dois mundos

Conectar um dispositivo eletrônico com nervos é extremamente complexo, disse o pesquisador. Durante os anos em que escreveu sua tese de doutorado em Pisa, na Itália, e posteriormente em Barcelona e na Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL), na Suíça, o Dr. Stanisa Raspopovic usou várias simulações de computador, posteriormente complementadas com modelos animais, para investigar como os ‘dois mundos tão diferentes’ poderiam ser combinados da melhor maneira.

“É precisamente esta interdisciplinaridade entre ciências da computação, engenharia elétrica, neurobiologia, pesquisa animal e estudos clínicos realizados em conjunto com médicos que torna nossa pesquisa possível – sem falar no que a torna tão interessante para mim e todos os envolvidos”, disse o professor Raspopovic. Ele acha que as fronteiras entre as disciplinas científicas tradicionais estão se tornando cada vez mais fluidas e ele se vê como um cientista na interface entre várias disciplinas e, em última análise, como um neuroengenheiro.

Nas células nervosas, a informação é transmitida por meio de átomos carregados (íons), enquanto os circuitos dos dispositivos eletrônicos funcionam com elétrons. O que os dois sistemas têm em comum é que podem ser influenciados por um campo elétrico. “Para nos comunicarmos com os nervos, modulamos o campo elétrico”, disse o pesquisador. Isso pode ser feito de várias maneiras, mas ele foi capaz de mostrar que a modulação da carga com a variação de tempo é particularmente eficaz em oposição à modulação da frequência, um método que os pesquisadores usavam antes. Além disso, o Dr. Raspopovic otimizou a geometria dos eletrodos implantados para manipular com precisão os fascículos nervosos individuais em vez do nervo inteiro.

Assista ao vídeo de apresentação do projeto (em inglês):

Do básico ao aplicado

As questões que inspiram o especialista atualmente, e que ele está ajudando a responder como pesquisador, são igualmente fundamentais por natureza: “Estamos tentando entender como nosso sistema nervoso responde a aparatos artificiais, como dispositivos e sensores conectados a ele por meio de eletrodos. É uma questão de descobrir como o sistema nervoso integra e processa essas informações, ou como essas informações de sensores externos afetam a consciência e o subconsciente. “Estamos colaborando com psicólogos e neurocientistas nesse assunto. Porque, somente quando entendermos isso melhor, podemos melhorar as interfaces entre os dispositivos e o corpo”, explicou o Dr. Raspopovic.

Seu trabalho de pesquisa mais recente também envolveu a neuroestimulação. Os exemplos incluem o tratamento da paralisia facial por meio da estimulação elétrica precisa dos nervos faciais ou o tratamento de dormência e dor nos pés devido a danos nos nervos, como ocorre em muitos pacientes com diabetes. Para isso, o Dr. Raspopovic não trabalha com eletrodos implantados, mas com aqueles que são aplicados na pele, através de uma ‘meia especialmente desenhada’. “Nesses projetos, também, primeiro precisamos usar modelos de computador realistas e inteligência artificial. Isso nos ajuda a entender quais eletrodos devemos usar, onde exatamente e qual a estimulação adequada nesse tipo de dispositivo”, concluiu o pesquisador.

Acesse a notícia na página do ETH Zurique (em inglês).

Fonte: Fabio Bergamin, ETH Zurique. Imagem: Reprodução, ETH Zurique. Vídeo: ETH Zurique.

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