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MACACOS CONTROLAM DOIS BRAÇOS VIRTUAIS SÓ COM A MENTE
DURHAM, CAROLINA DO NORTE – Num estudo conduzido pelo laboratório do
Professor Miguel Nicolelis na Universidade Duke, dois macacos aprenderam a
controlar os movimentos de ambos os braços de um corpo virtual, ou “avatar”,
usando apenas a atividade elétrica do cérebro.
Essa descoberta, publicada na edição on-line de 6/11/2013 da revista Science
Translational Medicine, representa um avanço considerável nos esforços de se
desenvolver neuropróteses que possam restabelecer movimentos bimanuais em
pacientes portadores de graus devastadores de paralisia corpórea.
Para permitir que macacos controlassem dois braços virtuais, os
neurocientistas registraram simultaneamente a atividade elétrica de quase 500
neurônios, distribuídos por múltiplas áreas corticais dos dois hemisférios cerebrais do
cérebro de cada um dos animais. Essa amostragem representa o maior número de
neurônios registrados e descritos na literatura até o momento.
Milhões de pacientes em todo o mundo sofrem com as limitações motoras e
sensoriais causadas por lesões permanentes da medula espinhal. Cientistas
trabalham para desenvolver novas terapias, que permitam restaurar tanto a
mobilidade quanto a sensibilidade tátil através da conexão direta do tecido nervoso
com uma variedade de próteses e outros instrumentos de reabilitação. Esse
paradigma muito promissor, conhecido como interfaces cérebro-máquina, foi
introduzido pelo Centro de Neuroengenharia da Universidade Duke no início dos anos
2000. Todavia, até agora todas as aplicações de interfaces cérebro-máquina
envolviam o controle de apenas um braço artificial.
-Movimentos bimanuais, como digitar num teclado ou abrir uma lata, são
fundamentais na nossa rotina diária – disse o autor do estudo, Miguel Nicolelis,
professor de neurobiologia da Faculdade de Medicina da Universidade Duke.
-Futuras aplicações das interfaces cérebro-máquina criadas para restaurar a
mobilidade de pacientes paralisados certamente terão que incorporar o controle de
múltiplos membros – superiores e inferiores – para realmente beneficiar essa
população.
Nesse estudo, Nicolelis e seus colegas investigaram como registros da
atividade elétrica de grandes populações neuronais poderiam servir como fonte de
sinais para o controle de movimentos bimanuais gerados por uma nova interface
cérebro-máquina. Nela, macacos foram treinados num ambiente de realidade virtual
dentro do qual eles podiam visualizar numa tela de computador colocada a sua
frente, braços e mãos virtuais de um “avatar” de macaco extremamente realista.
Durante o período de treinamento, esses macacos foram encorajados a colocar essas
mãos virtuais dentro de alvos específicos que apareciam na tela durante a execução
de uma tarefa bimanual. Primeiramente, os macacos utilizaram dois joysticks para
controlar os movimentos dos braços e mãos virtuais. Subsequentemente, os animais
aprenderam a usar apenas a atividade elétrica dos seus cérebros para moverem os
membros virtuais sem que para isso precisassem mover os seus próprios braços.
À medida que os animais melhoravam o seu controle mental dos movimentos
dos braços virtuais, os cientistas observaram um alto grau de plasticidade cerebral
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em múltiplas áreas corticais do cérebro desses animais. Esses resultados sugerem
que os cérebros desses primatas literalmente incorporaram os braços virtuais do
avatar como uma extensão da “imagem interna” do corpo contida no sistema
nervoso de cada um desses macacos, confirmando o achado recentemente publicado
pelo mesmo grupo no Proceedings of the National Academy of Sciences.
Os cientistas da Duke também observaram que neurônios corticais,
distribuídos em múltiplas regiões corticais, exibiram padrões de disparo elétrico
específicos durante a execução de movimentos bimanuais. Além disso, o estudo
confirmou a teoria que grandes populações de neurônios, e não neurônios isolados,
definem a verdadeira unidade funcional para a geração de comandos motores.
Assim, pequenas amostras neuronais seriam totalmente insuficientes para reproduzir
comportamentos motores complexos através de uma interface cérebro-máquina.
-Quando nós medimos as propriedades funcionais de neurônios individuais,
bem como de populações inteiras de células corticais, nós notamos que a simples
soma da atividade elétrica neuronal correlacionada com movimentos isolados dos
braços direito e esquerdo não nos permitiu prever como os mesmos neurônios e
populações neuronais se comportariam quando ambos os braços se engajavam na
realização de uma tarefe motora – disse Nicolelis. Esse achado sugere a existência
de uma propriedade neural emergente – uma soma não-linear – quando ambos os
braços são movidos ao mesmo tempo.
Nicolelis e seus colegas estão incorporando os resultados desse estudo na
estratégia usada pelo projeto Andar de Novo, uma colaboração internacional que visa
construir o primeiro exoesqueleto robótico de corpo inteiro controlado por uma
interface cérebro-máquina. O Projeto Andar de Novo planeja demonstrar a operação
desse primeiro exoesqueleto, que se encontra em desenvolvimento nesse momento,
durante a cerimônia de abertura da Copa do Mundo de Futebol FIFA no dia 12 de
junho de 2014.
Além de Nicolelis, os outros autores do estudo são: Peter J. Ifft, do Centro de
Neuroengenharia e Departamento de Engenharia Biomédica, Universidade Duke,
Solaiman Shokur, do Centro de Neuroengenharia da Duke, Escola Politécnica Federal
de Lausanne e Instituto Internacional de Neurociências de Natal Edmond e Lily Safra,
Zhen Li e Mikhail A. Lebedev, Centro de Neuroengenharia e Departamento de
Neurobiologia da Universidade Duke. Esse estudo foi financiado pelo National
Institutes of Health.