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Neuroprótese wireless permite que macacos recuperem movimentos

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Fonte

EPFL News

Data

quarta-feira, 9 novembro 2016 19:35

Áreas

Bioeletrônica. Biomecânica. Reabilitação. Controle Motor.

Macacos conseguem retomar o controle de perna paralisada – seis dias após lesão da medula espinhal – graças à interface de neuroprótese que atua como uma ponte sem fio entre o cérebro e a medula, contornando a lesão. Um estudo clínico de viabilidade começou a ser feito na Suíça para testar os efeitos terapêuticos desta interface em pessoas com lesão medular.

Em 23 de junho de 2015, um macaco com lesão medular recuperou o controle de sua perna paralisada com a ajuda de um sistema neuroprotético chamado “interface cérebro-medula” que contornou a lesão, restaurando a comunicação entre o cérebro e a região da medula espinhal. Os resultados foram publicados na última edição (9 de novembro) da revista Nature.

A interface decodifica a atividade cerebral associada a movimentos de caminhada e retransmite esta informação para a medula espinhal – abaixo da lesão – através de eletrodos que estimulam os caminhos neurais que ativam os músculos das pernas durante a locomoção natural.

A interface neuroprotética foi concebida na Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça, e desenvolvida em conjunto com uma rede internacional de colaboradores, incluindo a Medtronic, a Brown University e a Fraunhofer ICT-IMM. A neuroprótese foi testada em colaboração com a Universidade de Bordeaux, a Motac Neuroscience e o Hospital Universitário de Lausanne (CHUV).

“Esta é a primeira vez que a neurotecnologia restaura a locomoção em primatas“, diz o neurocientista Grégoire Courtine, que liderou a equipe. “Mas há muitos desafios a resolver e pode levar vários anos até que todos os componentes desta tecnologia possam ser testados em pessoas”.

Decodificação de sinais cerebrais e ativação dos músculos das pernas

O cérebro é uma enorme rede de células chamadas neurônios. A informação é processada no cérebro através da transmissão de picos de eletricidade de um neurônio para o outro. Isto dá origem a sinais cerebrais que podem ser medidos e interpretados.

A região lombar da medula também contém complexas redes de neurônios que ativam os músculos das pernas para andar. A informação relevante segue pela medula espinhal e transmite a intenção de ativação dos músculos das pernas.

Os sinais sobre o caminhar vêm de uma região do cérebro chamado de córtex motor. Os sinais do córtex motor viajam pela medula espinhal, atingem as redes neurais localizadas na região lombar, e estas, por sua vez, ativam os músculos das pernas para produzir movimentos de caminhada.

As lesões da medula espinal impedem parcialmente ou completamente que esses sinais cheguem aos neurônios que ativam os músculos das pernas, levando à paralisia. Mas o córtex motor ainda pode produzir atividade sobre a marcha e as redes neurais ativando músculos na perna paralisada que ainda estão intactos e ainda pode gerar movimentos da perna.

Como funciona a interface cérebro-medula

A interface cérebro-medula “pula” a lesão da medula espinhal, em tempo real e sem fio. O sistema neuroprotético decodifica a atividade do córtex motor do cérebro e, em seguida, transmite essa informação para um sistema de eletrodos localizado sobre a superfície da medula espinhal lombar, abaixo da lesão. A estimulação elétrica de baixa intensidade, entregue em locais precisos na medula espinhal, modula redes distintas de neurônios que podem ativar músculos específicos nas pernas.

“Para implementar a interface cérebro-medula, desenvolvemos um sistema implantável e sem fio que opera em tempo real e que permitiu que um macaco se comportasse livremente, sem o constrangimento da eletrônica amarrada”, diz o Dr. Courtine. “Conseguimos extrair sinais cerebrais que codificam os movimentos de flexão e extensão da perna com um algoritmo matemático. Nós ligamos então os sinais decodificados à estimulação de pontos específicos na medula espinhal que induziu a marcha “.

Para lesões parciais da medula espinhal, os cientistas mostraram que o macaco recuperou o controle de sua perna paralisada imediatamente após a ativação da interface cérebro-medula. A interface também deve trabalhar para lesões mais graves da medula espinhal, de acordo com os cientistas, provavelmente com a ajuda de agentes farmacológicos. Note-se que para estas lesões parciais, o macaco é inicialmente paralisado e então espontaneamente recupera a mobilidade total após cerca de três meses.

“O macaco foi capaz de caminhar imediatamente uma vez que a interface cérebro-medula foi ativada. Não foi necessária fisioterapia ou treinamento”, diz o neurocientista Dr. Erwan Bezard, da Universidade de Bordeaux, que supervisionou as experiências dos primatas.

Testes clínicos

“A ligação entre a decodificação do cérebro e a estimulação da medula espinhal – para fazer esta comunicação existir – é completamente nova”, diz a neurocirurgiã Dra. Jocelyne Bloch do Hospital Universitário de Lausanne (CHUV), que lidera o departamento de neurocirurgia funcional do Hospital da Universidade de Lausanne, que realizou as cirurgias de colocação dos implantes.

A especialista afirma: “Pela primeira vez, eu posso imaginar um paciente completamente paralisado capaz de mover suas pernas através desta interface cérebro-medula“.

Em colaboração com a EPFL, a Dra. Jocelyne Bloch está atualmente liderando um estudo de viabilidade clínica que avalia o potencial terapêutico desta tecnologia de estimulação da medula espinhal, sem o implante cerebral, para melhorar a caminhada em pessoas com lesão parcial da medula espinhal que afetam os membros inferiores.

Acesse o resumo do artigo científico publicado na revista Nature.

Assista ao vídeo explicativo da tecnologia (em inglês):

Fonte: Hillary Sanctuary, Mediacom News, EPFL (École Polytechnique Féderale de Lausanne). Tradução: Tech4Health. Imagem: Divulgação.

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