Braço biônico que restaura comportamentos naturais em pacientes com amputações de membros superiores desenvolvido

Resumo: Um braço biônico recentemente desenvolvido combina o controle motor com as sensações de toque e movimento das mãos, permitindo que aqueles com amputações no braço se comportem e reajam como se não tivessem perdido seus membros.

Fonte: Cleveland Clinic

Pesquisadores da Cleveland Clinic desenvolveram 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 em 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. Colaboradores incluídos University of Alberta e University of New Brunswick.

“Modificamos uma prótese padrão de cuidado com este sistema biônico complexo que permite aos usuários mover seu braço protético de forma mais intuitiva e sentir sensações de toque e movimento ao mesmo tempo”, disse o investigador principal Paul Marasco, Ph.D., associado professor 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. Ele 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 uma amputação”, disse o Dr. Marasco, que lidera o Laboratório de Integração Biônica.

“Com o novo membro biônico, as pessoas se comportavam como se tivessem uma mão natural. Normalmente, esses comportamentos cerebrais são muito diferentes entre pessoas com e sem próteses de membro superior. ” O Dr. Marasco também tem um compromisso com o Charles Shor Epilepsy Center da Cleveland Clinic e com o Centro de Tecnologia de Plataforma Avançada do Cleveland VA Medical Center.

Os pesquisadores testaram seu novo membro biônico em dois participantes do estudo com amputações de membros superiores que haviam se submetido a 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.

Isso mostra pesquisadores trabalhando no braço
O grupo de pesquisa do Laboratório da Clínica de Cleveland para Integração Biônica examinando o interior do sistema do robô de toque. Cada pequena caixa preta fornece a sensação individual do dedo ao usuário por meio de uma interface neural-máquina. Crédito: Cleveland Clinic

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 de avaliação avançadas, 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 cuidar da prótese, podiam encontrar coisas sem olhar e corrigir seus erros com mais eficácia.

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

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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. Em 2018, o Dr. Marasco publicou um artigo seminal em Ciência, Medicina Translacional sobre um novo método para restaurar a sensação natural de movimento em pacientes com braços protéticos.

Sobre estas notícias de pesquisa neuroprotética

Autor: Alicia Royal
Fonte: Cleveland Clinic
Contato: Alicia Reale – Cleveland Clinic
Imagem: A imagem é creditada à Cleveland Clinic

Pesquisa original: O estudo aparecerá em Ciência Robótica

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