Implante permite que macacos usem o cérebro para controlar dedos de uma prótese

Pesquisadores da Universidade de Michigan, nos EUA, desenvolveram um novo sistema que permite o controle total de vários dedos protéticos ao mesmo tempo. O conjunto de eletrodos implantado no cérebro de macacos foi capaz de prever os movimentos distintos quase instantaneamente.

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Atualmente, esse controle individual contínuo dos dedos só é possível com a leitura da atividade muscular do paciente, impossibilitando o uso na maioria dos casos de paralisia. Essa tecnologia permite que humanos e primatas manipulem apenas prósteses mais simples, capazes de apontar ou pinçar objetos.

“Esta é a primeira vez que alguém consegue controlar vários dedos precisamente ao mesmo tempo. Estamos falando sobre aprendizagem de máquina em tempo real que pode conduzir um dedo indicador em uma prótese separadamente do dedo médio, anelar ou mínimo”, explica a professora de biomedicina Cindy Chestek, coautora do estudo.

Controle total

Durante os testes realizados em laboratório, o novo sistema permitiu que macacos criassem movimentos complexos para mãos digitais mostradas na tela de um computador. O dispositivo coleta sinais do córtex motor primário por meio de um conjunto de eletrodos com apenas 4 milímetros de diâmetro.

Essa matriz fornece 100 pequenos pontos de contato com o centro de controle dos movimentos dentro do cérebro, criando 100 canais de informações responsáveis pela captura dos sinais dos neurônios. O maior desafio foi treinar o dispositivo para separar os movimentos, forçando-os a se mexerem de forma independente, sem que a atividade cerebral correspondente fosse isolada.

“Não apenas demonstramos os primeiros movimentos individuais dos dedos controlados pelo cérebro, mas também utilizamos métodos computacionalmente eficientes de gravação e aprendizagem de máquina que se encaixam perfeitamente em dispositivos implantáveis”, acrescenta o estudante de engenharia biomédica, Sam Nason, autor principal do estudo.

Macacos e as próteses

Para demonstrar a eficiência do sistema de controle, os pesquisadores apresentaram a dois macacos rhesus a imagem de mãos animadas na tela de um computador com dois alvos diferentes: um representado pelo dedo indicador e outro para o conjunto de dedos médio, anelar e mindinho.

Os alvos foram coloridos para indicar quais dedos deveriam ir para cada um, permitindo que os macacos controlassem livremente a mão animada por meio de um sistema capaz de medir a posição dos dedos de verdade. A cada movimento realizado pelos primatas, o sensor captava os sinais do cérebro e transferia os dados para o computador que utilizava aprendizagem de máquina para prever a ação.

Cinco minutos depois do início do experimento, o algoritmo treinado conseguiu realizar as previsões usadas para controlar diretamente a mão animada apenas com a atividade cerebral dos macacos, ignorando completamente quaisquer movimentos dos seus dedos físicos.

Com o acesso direto ao córtex motor, a velocidade para capturar, interpretar e retransmitir os sinais do cérebro é quase instantânea. Enquanto os macacos levaram 0,5 segundos para realizar movimentos no mundo real, na interface esses movimentos puderam ser repetidos em apenas 0,7 segundos.

“Essa tecnologia tem o potencial para beneficiar uma variedade de usuários que sofrem de paralisia, resultante de lesão da medula espinhal, acidente vascular cerebral, esclerose lateral amiotrófica (ELA) ou outras doenças neurológicas que prejudicam ou impedem a realização dos movimentos” prevê Nason.

Fonte: University of Michigan