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Saúde

Cientistas desenvolvem braço biônico que restaura comportamentos naturais em pacientes com amputações

Sistema combina três funções importantes: controle motor intuitivo, cinestesia de toque e preensão, a sensação intuitiva de abrir e fechar a mão.

Ilustração | British High Commission | Flickr

O grupo de pesquisa do Laboratório de Integração Biônica da Cleveland Clinic – um centro médico acadêmico americano sem fins lucrativos com sede em Cleveland, no estado de Ohio – desenvolveu um braço biônico pioneiro para pacientes com amputações de membros superiores, que permite que os usuários pensem, se comportem e funcionem como uma pessoa sem amputação, de acordo com novas descobertas publicadas na Science Robotics.

A equipe de pesquisa internacional liderada pela Cleveland Clinic desenvolveu o sistema biônico que combina três funções importantes – controle motor intuitivo, cinestesia de toque e preensão, a sensação intuitiva de abrir e fechar a mão.

“Modificamos uma prótese padrão de cuidado com este sistema biônico complexo que permite que os usuários movam seu braço protético de forma mais intuitiva e sintam sensações de toque e movimento ao mesmo tempo”, afirmou o pesquisador principal, Paul Marasco, Ph.D., professor associado do Departamento de Engenharia Biomédica do Cleveland Clinic Lerner Research Institute. “Essas descobertas são um passo importante para fornecer às pessoas com amputação a restauração completa da função natural do braço.”

O sistema é o primeiro a testar todas as três funções sensoriais e motoras em uma interface neural-máquina ao mesmo tempo em um braço protético. A interface neural-máquina se conecta aos nervos dos membros do usuário. Ela permite que os pacientes enviem impulsos nervosos de seus cérebros para a prótese quando desejam usá-la ou movê-la, e receber informações físicas do ambiente e retransmiti-las de volta ao cérebro por meio dos nervos.

O feedback e controle bidirecional do braço artificial permitiram que os participantes do estudo executassem tarefas com um grau de precisão semelhante ao de pessoas sem deficiência.

“Talvez o que mais ficamos entusiasmados em saber foi que eles fizeram julgamentos, decidiram e calcularam e corrigiram seus erros como uma pessoa sem amputação”, disse o Dr. Marasco, que lidera o Laboratório de Integração Biônica. “Com o novo membro biônico, as pessoas se comportaram como se tivessem uma mão natural. Normalmente, esses comportamentos cerebrais são muito diferentes entre pessoas com e sem próteses de membro superior”, acrescentou.

Os pesquisadores testaram o novo membro biônico em dois participantes do estudo com amputações de membros superiores que já haviam passado por procedimentos de reinervação sensorial e motora direcionados, que estabelecem uma interface neural-máquina, redirecionando os nervos amputados para a pele e músculos restantes. Devido ao pequeno tamanho do estudo, pesquisas adicionais serão importantes.

Na reinervação sensorial direcionada, tocar a pele com pequenos robôs ativa os receptores sensoriais que permitem que os pacientes percebam a sensação do toque. Na reinervação motora direcionada, quando os pacientes pensam em mover seus membros, os músculos reinervados se comunicam com uma prótese computadorizada para se mover da mesma maneira. Além disso, robôs pequenos e poderosos vibram receptores sensoriais cinestésicos nesses mesmos músculos, o que ajuda os usuários de próteses a sentir que suas mãos e braços estão se movendo.

Enquanto usavam a prótese avançada, os participantes realizavam tarefas que refletiam os comportamentos básicos do dia a dia que requerem funcionalidade de mão e braço. Com suas ferramentas de avaliação avançadas desenvolvidas recentemente, os pesquisadores avaliaram o desempenho com o membro biônico em comparação ao de pessoas sem deficiência e pessoas com amputações que têm dispositivos protéticos tradicionais. Eles também compararam como as pessoas com a prótese avançada se saíram quando as três modalidades sensoriais e motoras foram ativadas juntas e individualmente.

De acordo com o Dr. Marasco, como as pessoas com próteses tradicionais não podem sentir com os membros, elas se comportam de maneira diferente das pessoas sem amputação durante a realização de tarefas da vida diária. Por exemplo, os usuários de próteses tradicionais devem observar constantemente sua prótese enquanto a usam e têm dificuldade em aprender a corrigir erros quando aplicam muita ou pouca força com a mão.

Com o novo braço artificial e as ferramentas avançadas de avaliação, os pesquisadores puderam ver que o cérebro dos participantes do estudo e as estratégias comportamentais mudaram para corresponder às de uma pessoa sem amputação. Eles não precisavam mais focar na prótese, podiam encontrar coisas sem olhar, e corrigir seus erros com mais eficácia.

“Ao longo das últimas duas décadas, os avanços nas próteses ajudaram os usuários a obter uma melhor funcionalidade e gerenciar a vida diária por conta própria”, declarou o Dr. Marasco. “Pela primeira vez, as pessoas com amputações de membros superiores são agora capazes de ‘pensar’ novamente como uma pessoa sã, o que oferece aos usuários de próteses novos níveis de reintegração contínua de volta à vida diária”.

Além deste estudo, as novas medidas de resultados relacionadas ao comportamento e funcionalidade do cérebro – que a equipe internacional desenvolveu para avaliar o sistema biônico – podem ser aplicadas a qualquer prótese ou déficit de membro superior que envolva sensação e movimento.

O estudo foi financiado em parte pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa, um braço de pesquisa e desenvolvimento do Departamento de Defesa dos EUA.

Mais informações: ‘A fusão neuro robótica de toque protético, cinestesia e movimento em membros superiores biônicos promove comportamentos cerebrais intrínsecos’, Science Robotics (2021). DOI: 10.1126 / scirobotics.abf3368

Com informações, Techxplore.

 

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Cristã e Correspondente Internacional na Europa.

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