Físicos e engenheiros biomédicos da Johns Hopkins relatam o que acreditam ser o primeiro esforço bem sucedido para mexer os dedos individualmente e independentemente um do outro usando um “braço” artificial controlado pela mente para controlar o movimento.

A prova de conceito, descrita online esta semana no Journal of Neural Engineering, representa um avanço potencial em tecnologias para restaurar a função refinada da mão para aqueles que perderam braços por lesões ou doenças, dizem os pesquisadores. O jovem em quem a experiência foi realizada não perdeu um braço ou mão, mas foi equipado com um dispositivo que essencialmente aproveitou um procedimento de mapeamento cerebral para contornar o controle de seu próprio braço e mão.

“Acreditamos que esta é a primeira vez que uma pessoa que usa uma prótese controlada pela mente realizou imediatamente movimentos individuais de dígitos sem treinamento extensivo”, diz o autor sênior Nathan Crone, M.D., professor de neurologia da Escola de Medicina da Universidade Johns Hopkins. “Esta tecnologia vai além das próteses disponíveis, nas quais os dígitos artificiais, ou dedos, se moviam como uma única unidade para fazer um movimento de agarramento, como se fosse usado para segurar uma bola de tênis.

Para a experiência, a equipe de pesquisa recrutou um jovem com epilepsia já programada para se submeter a um mapeamento cerebral a fim de identificar a origem de suas convulsões.

Enquanto os registros cerebrais foram feitos usando eletrodos cirurgicamente implantados por razões clínicas, os sinais também controlam um membro protético modular desenvolvido pelo Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins.

Prior para conectar a prótese, os pesquisadores mapearam e rastrearam as partes específicas do cérebro do sujeito responsável pelo movimento de cada dedo, depois programaram a prótese para mover o dedo correspondente.

Primeiro, o neurocirurgião do paciente colocou um conjunto de 128 sensores de eletrodos – todos em uma única folha retangular de filme do tamanho de um cartão de crédito – na parte do cérebro do homem que normalmente controla os movimentos das mãos e braços. Cada sensor mediu um círculo de tecido cerebral de 1 milímetro de diâmetro.

O programa de computador que a equipe da Johns Hopkins desenvolveu fez o homem mover os dedos individuais sob comando e registrou quais partes do cérebro estavam “acesas” quando cada sensor detectou um sinal elétrico.

Além de coletar dados sobre as partes do cérebro envolvidas no movimento motor, os pesquisadores mediram a atividade elétrica do cérebro envolvida na sensação tátil. Para isso, o sujeito foi equipado com uma luva com pequenos zumbidos vibrantes na ponta dos dedos, que disparavam individualmente em cada dedo. Os pesquisadores mediram a atividade elétrica resultante no cérebro para cada conexão de dedos.

Após a coleta dos dados motores e sensoriais, os pesquisadores programaram o braço protético para mover os dedos correspondentes com base em qual parte do cérebro estava ativa. Os pesquisadores ligaram o braço protético, que foi ligado ao paciente através dos eletrodos cerebrais, e pediram ao sujeito para “pensar” em mover individualmente os dedos polegar, indicador, médio, anelar e dedo mindinho. A atividade elétrica gerada no cérebro movia os dedos.

“Os eletrodos usados para medir a atividade cerebral neste estudo nos deram melhor resolução de uma grande região do córtex do que qualquer coisa que já tenhamos usado antes e permitiram um mapeamento espacial mais preciso no cérebro”, diz Guy Hotson, estudante de pós-graduação e autor principal do estudo. “Esta precisão foi o que nos permitiu separar o controle dos dedos individuais”

Inicialmente, o membro controlado pela mente tinha uma precisão de 76 por cento. Uma vez que os pesquisadores uniram os dedos anelar e mindinho, a precisão aumentou para 88%.

“A parte do cérebro que controla os dedos anelar e mindinho se sobrepõe, e a maioria das pessoas move os dois dedos juntos”, diz Crone. “Faz sentido que o acoplamento desses dois dedos tenha melhorado a precisão”.

Os pesquisadores observam que não foi necessário um pré-treinamento para que o sujeito ganhasse esse nível de controle, e toda a experiência levou menos de duas horas.

Crone adverte que a aplicação dessa tecnologia aos membros realmente ausentes ainda está alguns anos fora e será cara, exigindo um mapeamento extensivo e programação de computadores. Segundo a Amputee Coalition, mais de 100.000 pessoas que vivem nos Estados Unidos amputaram mãos ou braços, e a maioria poderia se beneficiar potencialmente de tal tecnologia.

Autores adicionais do estudo incluem David McMullen, Matthew Fifer, William Anderson e Nitish Thakor da Johns Hopkins Medicine e Matthew Johannes, Kapil Katyal, Matthew Para, Robert Armiger e Brock Wester do Johns Hopkins Applied Physics Laboratory.

Este estudo foi financiado pelo Instituto Nacional de Distúrbios Neurológicos e Acidente Vascular Cerebral (subsídio número 1R01NS088606-01).