Próteses de braço controladas pela mente que “sentem” agora fazem parte da vida cotidiana

Resumo: Um braço protético que é preso ao osso e controlado por eletrodos implantados nos nervos e músculos pode operar com mais precisão do que os membros protéticos convencionais. Os pesquisadores melhoraram o membro neuroprotético integrando feedback sensorial tátil, para que o paciente pudesse “sentir” os itens.

Fonte: Chalmers University of Technology

Pela primeira vez, pessoas com amputações de braço podem experimentar sensações de toque em uma prótese de braço controlada pela mente que usam na vida cotidiana. Um estudo no New England Journal of Medicine relata três pacientes suecos que viveram, por vários anos, com esta nova tecnologia – uma das interfaces mais integradas do mundo entre homem e máquina.

O avanço é único: os pacientes usam uma prótese controlada pela mente no dia a dia por até sete anos. Nos últimos anos, eles também conviveram com uma nova função – a sensação de toque na mão protética. Trata-se de um novo conceito para membros artificiais, chamados de próteses neuromusculoesqueléticas – por serem conectados aos nervos, músculos e esqueleto do usuário.

A pesquisa foi conduzida por Max Ortiz Catalan, professor associado da Chalmers University of Technology, em colaboração com o Sahlgrenska University Hospital, University of Gothenburg e Integrum AB, todos em Gotemburgo, Suécia. Pesquisadores da Medical University of Vienna na Áustria e do Massachusetts Institute of Technology nos EUA também estiveram envolvidos.

“Nosso estudo mostra que uma mão protética, presa ao osso e controlada por eletrodos implantados em nervos e músculos, pode operar com muito mais precisão do que as mãos protéticas convencionais. Melhoramos ainda mais o uso da prótese integrando feedback sensorial tátil que os pacientes usam para mediar a dificuldade de agarrar ou apertar um objeto. Com o tempo, a capacidade dos pacientes de discernir mudanças menores na intensidade das sensações melhorou ”, diz Max Ortiz Catalan.

“A contribuição mais importante deste estudo foi demonstrar que este novo tipo de prótese é uma substituição clinicamente viável para um braço perdido. Não importa o quão sofisticada uma interface neural se torne, ela só pode trazer benefícios reais aos pacientes se a conexão entre o paciente e a prótese for segura e confiável em longo prazo. Nossos resultados são fruto de muitos anos de trabalho, e agora podemos finalmente apresentar a primeira prótese biônica de braço que pode ser controlada de forma confiável com eletrodos implantados, ao mesmo tempo que transmite sensações para o usuário no dia a dia ”, continua Max Ortiz Catalan.

Desde o recebimento das próteses, os pacientes as utilizam diariamente em todas as suas atividades profissionais e pessoais.

O novo conceito de prótese neuromusculoesquelética é único, pois oferece várias características diferentes que não foram apresentadas juntas em nenhuma outra tecnologia protética no mundo:

  • Ele tem uma conexão direta com os nervos, músculos e esqueleto de uma pessoa.
  • É controlado pela mente e proporciona sensações que são percebidas pelo usuário como decorrentes da falta da mão.
  • É independente; todos os eletrônicos necessários estão contidos na prótese, para que os pacientes não precisem carregar equipamentos ou baterias adicionais.
  • É seguro e estável a longo prazo; a tecnologia tem sido utilizada de forma ininterrupta pelos pacientes em suas atividades cotidianas, sem supervisão dos pesquisadores, e não se restringe a ambientes confinados ou controlados.

O que há de mais novo na tecnologia, a sensação do toque, é possível por meio da estimulação dos nervos que costumavam ser conectados à mão biológica antes da amputação. Sensores de força localizados no polegar da prótese medem o contato e a pressão aplicada a um objeto durante a preensão. Essa informação é transmitida aos nervos dos pacientes, levando aos seus cérebros. Assim, os pacientes podem sentir quando estão tocando um objeto, suas características e com que força o pressionam, o que é crucial para imitar uma mão biológica.

“Atualmente, os sensores não são o obstáculo para restaurar a sensação”, diz Max Ortiz Catalan. “O desafio é criar interfaces neurais que podem transmitir de forma contínua grandes quantidades de informações coletadas artificialmente para o sistema nervoso, de forma que o usuário possa experimentar as sensações de forma natural e sem esforço.”

A implantação desta nova tecnologia ocorreu no Hospital Universitário Sahlgrenska, liderado pelo Professor Rickard Brånemark e Doutor Paolo Sassu. Mais de um milhão de pessoas em todo o mundo sofrem com a perda de membros, e o objetivo final da equipe de pesquisa, em colaboração com a Integrum AB, é desenvolver um produto amplamente disponível e adequado para o maior número possível dessas pessoas.

Isso mostra uma pessoa com o braço neuroprotético
Os pacientes podem sentir ao tocar um objeto com sua nova prótese neuromusculoesquelética, o que é essencial para imitar uma mão biológica. A imagem é creditada a Johan Bodell / Chalmers University of Technology.

“Neste momento, pacientes na Suécia estão participando da validação clínica desta nova tecnologia protética para amputação de braço”, diz Max Ortiz Catalan. “Esperamos que este sistema esteja disponível fora da Suécia dentro de alguns anos e também estamos fazendo um progresso considerável com uma tecnologia semelhante para próteses de perna, que planejamos implantar em um primeiro paciente ainda este ano”.

Mais sobre: ​​Como funciona a tecnologia:

O sistema de implantes para prótese de braço é denominado e-OPRA e é baseado no sistema de implantes OPRA criado pela Integrum AB. O sistema de implantes ancora a prótese ao esqueleto no coto do membro amputado, por meio de um processo denominado osseointegração (osseo = osso). Eletrodos são implantados em músculos e nervos dentro do coto de amputação, e o sistema e-OPRA envia sinais em ambas as direções entre a prótese e o cérebro, assim como em um braço biológico.

A prótese é controlada pela mente, por meio de sinais elétricos musculares e nervosos enviados através do coto do braço e capturados pelos eletrodos. Os sinais são passados ​​para o implante, que passa pela pele e se conecta à prótese. Os sinais são então interpretados por um sistema de controle embutido desenvolvido pelos pesquisadores. O sistema de controle é pequeno o suficiente para caber dentro da prótese e processa os sinais por meio de sofisticados algoritmos de inteligência artificial, resultando em sinais de controle para os movimentos da mão protética.

As sensações de toque surgem de sensores de força no polegar protético. Os sinais dos sensores são convertidos pelo sistema de controle da prótese em sinais elétricos que são enviados para estimular um nervo no coto do braço. O nervo leva ao cérebro, que então percebe os níveis de pressão contra a mão.

Crédito: Chalmers University of Technology.

O implante neuromusculoesquelético pode se conectar a qualquer prótese de braço disponível no mercado, permitindo que operem com mais eficácia.

Mais sobre: ​​Como a sensação artificial é experimentada:

Pessoas que perdem um braço ou perna freqüentemente experimentam sensações fantasmas, como se a parte do corpo perdida permanecesse, embora não estivesse fisicamente presente. Quando os sensores de força na prótese do polegar reagem, os pacientes do estudo sentem que a sensação vem de sua mão fantasma. O local exato da mão fantasma varia entre os pacientes, dependendo de quais nervos no coto recebem os sinais. O menor nível de pressão pode ser comparado a tocar a pele com a ponta de um lápis. À medida que a pressão aumenta, a sensação se torna mais forte e cada vez mais “elétrica”.

Mais sobre: ​​A pesquisa:

Veja também

Isso mostra uma vassoura

O estudo atual tratou de pacientes com amputações acima do cotovelo, e essa tecnologia está perto de se tornar um produto acabado. A equipe de pesquisa está trabalhando em paralelo com um novo sistema para amputações abaixo do cotovelo. Nesses casos, em vez de um osso grande (úmero), existem dois ossos menores (rádio e ulna) aos quais o implante precisa ser ancorado. O grupo também trabalha na adaptação do sistema para próteses de perna.

Além das aplicações em próteses, a interface permanente entre o ser humano e a máquina oferece oportunidades inteiramente novas para pesquisas científicas sobre como funcionam os sistemas muscular e nervoso humano.

O professor associado Max Ortiz Catalan dirige o Laboratório de Biomecatrônica e Neurorreabilitação da Chalmers University of Technology e atualmente está estabelecendo o novo Centro de Biônica e Pesquisa da Dor no Sahlgrenska University Hospital, em estreita colaboração com Chalmers e a Universidade de Gotemburgo, onde este trabalho será aprofundado desenvolvidos e implementados clinicamente.

Financiamento: A pesquisa foi financiada pela Promobilia Foundation, a IngaBritt e Arne Lundbergs Research Foundation, Region Västra Götaland (bolsas ALF), Vinnova, o Swedish Research Council e o European Research Council.

Sobre este artigo de pesquisa em neurociência

Fonte:
Chalmers University of Technology
Contatos de mídia:
Johanna Wilde – Chalmers University of Technology
Fonte da imagem:
A imagem é creditada a Johan Bodell / Chalmers University of Technology.

Pesquisa original: Acesso fechado
“Próteses Neuromusculoesqueléticas Autônomas de Braço”. por Max Ortiz-Catalan, Ph.D., Enzo Mastinu, Ph.D., Paolo Sassu, MD, Oskar Aszmann, MD, e Rickard Brånemark, MD, Ph.D.
New England Journal of Medicine doi: 10.1056 / NEJMoa1917537

Resumo

Próteses Neuromusculoesqueléticas Autossuficientes de Braço

Relatamos o uso de um braço robótico autônomo, ancorado no osso, com componentes sensoriais e motores por 3 a 7 anos em quatro pacientes após amputação transumeral. O implante permitiu a comunicação bidirecional entre uma prótese de mão e eletrodos implantados nos nervos e músculos da parte superior do braço e foi ancorado ao úmero por meio de osseointegração, processo no qual as células ósseas se fixam a uma superfície artificial sem formação de tecido fibroso. O uso do dispositivo não exigia treinamento formal e dependia da intenção intuitiva do usuário de ativar o movimento e o feedback sensorial da prótese. O uso diário resultou em aumento da acuidade sensorial e eficácia no trabalho e outras atividades da vida diária.

Sinta-se à vontade para compartilhar esta notícia sobre neuroprostética.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *