Como um Tetraplégico Consegue Controlar um Braço Robótico com o Pensamento
Charles Liu com Erik Sorto. Crédito: Lance Hayashida, Caltech

FYI.

This story is over 5 years old.

Como um Tetraplégico Consegue Controlar um Braço Robótico com o Pensamento

Ele aponta, pega coisas do chão, desenha, faz raspadinha e, o melhor de tudo, bebe cerveja sem ajuda de ninguém.
24.6.15

Quando Erik Sorto tinha 21 anos de idade, um tiro o deixou paralisado do pescoço para baixo. Pouco mais de dez anos depois, ele conseguiu preparar raspadinhas para um grupo de crianças com lesões cerebrais. Agora, aos 34 anos, Sorto está testando um implante neural que permite ele mover um braço robótico com os pensamentos.

Há alguns dias ele chegou a usar o braço para realizar um objetivo pessoal: tomar um gole de cerveja sem a ajuda de ninguém.

Sorto é a primeira pessoa no mundo a ter um dispositivo protético neural implantado no lobo parietal superior, a área cerebral em que nossos movimentos são planejados.

Em suma, dois conjuntos de eletrodos implantados no cérebro de Sorto lêem seus sinais neurológicos. Quando o implante é conectado a um computador, esses comandos são decodificados por algoritmos e então traduzidos em movimentos no braço robótico.

Publicidade

"Queria fazer parte da solução", Sorto me contou. "Fiquei contente por participar de um projeto com potencial para ajudar diversas pessoas com deficiência a ganhar independência."

O trabalho clínico colaborativo, gerido por pesquisadores americanos do Caltech (Instituto de Tecnologia da Califórnia), da faculdade de medicina de Keck da USC (Universidade do Sul da Califórnia) e do Centro de Reabilitação Rancho Los Amigos, na Califórnia, aprimora estudos anteriores conduzidos com dispositivos protéticos implantados no córtex motor — área do cérebro que controla o movimento dos músculos. Com o implante neural no lobo parietal superior, pesquisadores esperam produzir movimentos mais suaves com o braço robótico. A pesquisa do grupo pretende testar a segurança e eficiência de um implante neural no lobo parietal ao controlar um dispositivo robótico.

Da direita para a esquerda: Dr. Christianne Heck, Dr. Richard Andersen, Dr. Mindy Aisen, Dr. Charles Liu, Erik Sorto. Crédito: Lance Hayashida, Caltech

O córtex motor, explicou Charles Liu, cirurgião-chefe do estudo e diretor do Centro de Restauração Neurológica da USC, decompõe os movimentos individuais de qualquer ação. Se você está prestes a pegar um copo d'água, o córtex motor primeiro manda você estender o cotovelo, abrir a mão, direcioná-la para frente e fechá-la ao redor do copo. O lobo parietal superior, por outro lado, permite com que você se mova de forma mais intuitiva, tratando a ação como um movimento combinado.

"A vantagem do lobo parietal é que há um nível muito mais elevado de comando. Se pensarmos em termos militares, é como um comandante-chefe descendo a cadeia até o soldado em campo", disse Liu numa entrevista ao telefone. "O córtex motor é como um oficial de grau médio na cadeia de comando, enquanto o lobo parietal está no topo da hierarquia."

Publicidade

Colocar um implante neural numa nova área do cérebro está longe de ser uma tarefa fácil. A decisão de colocar o dispositivo no lobo parietal foi baseada em estudos anteriores, ressonâncias magnéticas e cerca de uma década de pesquisa no laboratório do professor de neurociência Richard Andersen, no Caltech.

"Quando tomei minha própria cerveja pela primeira vez, fiquei em êxtase. Por alguns minutos, esqueci que estou debilitado."

A condição de Sorto como tetraplégico confere a ele riscos altos em cirurgias. Todavia, Liu disse que, para esse experimento, os desafios foram diferentes. Em primeiro lugar, os implantes nunca haviam sido inseridos no lobo parietal antes; segundo, os próprios implantes são muito frágeis.

"O conjunto de eletrodos inteiro mede quatro por quatro milímetros e tem aproximadamente cem microcabos bem fininhos, com cerca de 1,5 milímetro de comprimento. Se as pontas dos microcabos forem danificadas, mesmo se os eletrodos forem inseridos no lugar certo, os registros poderiam deixar de funcionar e isso comprometeria o estudo", explicou Liu.

Sorto me contou que não hesitou. "Minha mãe, sendo a mãe que é, ficou nervosa antes da cirurgia. Meu filho também, minha filha, meu primo", disse ele. "Mas assim que expliquei a eles os benefícios, como isso ajudaria outras pessoas debilitadas, todos apoiaram."

Sorto está pronto para a cirurgia. Crédito: Spencer Kellis, Caltech

Em abril de 2013, os médicos implantaram o dispositivo protético neural em Sorto, no hospital Keck, da USC. "No começo, foi desafiador me acostumar. Dois dias depois da cirurgia, senti muita dor. Mas, para ser honesto, até esqueço que os dispositivos estão ali. Não machucam nem incomodam mais", disse. "Costumo me lembrar deles quando as pessoas ficam encarando."

Um mês após a cirurgia, Sorto começou a praticar com os pesquisadores do Caltech e a equipe do Rancho Los Amigos o controle de um cursor de computador e um braço robótico com a mente. Primeiro, ele passou por uma fase de treinamento, em que diversos doutorandos do Caltech o fizeram observar ou imaginar o braço robótico se movendo. O objetivo era registrar suas atividades neurológicas e combiná-las com os movimentos do braço robótico. Isso permitiu com que os pesquisadores tranformassem a resposta neurológica em comandos para controlar o braço robótico.

Publicidade

O trabalho nos bastidores foi bem extenso. "Temos que projetar os experimentos, o software que executa os experimentos e desenvolver os algoritmos que controlam o braço robótico", disse Spencer Kellis, doutorando em protética neural do laboratório de Andersen. "O processo inclui ler os dados neurológicos e traduzi-los para fazer com que o software mova o braço de fato."

O computador mostra as atividades de um único neurônio sendo modulado pelos pensamentos do paciente. Crédito: Caltech

Mas o trabalho duro compensou: Kellis descreveu a visão de Sorto controlando o braço robótico sozinho pela primeira vez como uma das coisas mais legais que já viu na vida.

"O Erik conseguiu conduzir o braço robótico exatamente conforme a orientação. Estamos todos eufóricos. Foi um dia muito legal", disse Kellis.

Sorto me contou que o processo todo foi bem prático. "A primeira coisa que fiz foi girar o pulso do robô. Não precisei fazer muito esforço", disse. Sorto observou um pesquisador movendo a mão, e usou os pensamentos para replicar o movimento com o braço robótico. "Apenas imitei o que o pesquisador estava fazendo. Eu estava tão animado. Tive uma experiência etérea, queria levantar da cadeira e cumprimentar todo mundo, abraçar."

Até agora, Sorto aprendeu a apontar, pegar coisas do chão e colocá-las em outro lugar, fazer raspadinha, obras de arte, jogar joquempô e, o melhor de tudo, beber cerveja.

"Quando tomei minha própria cerveja pela primeira vez, fiquei em êxtase. Por alguns minutos, esqueci que estou debilitado", disse Sorto. "Enfrentamos desafios e dias difíceis. Nos dias em que estou mais estressado, não funciona tão bem quanto nos outros dias."

Pela primeira vez, Sorto usa o braço robótico para cumprimentar alguém. Crédito: Caltech, Keck (USC), Rancho Los Amigos

No próximo experimento, o laboratório de Andersen vai tentar introduzir a sensação de toque ao dispositivo protético neural. "Quando uma pessoa controla um braço robótico, ela utiliza os olhos para observar se está obtendo respostas, mas não há nada como o tipo de resposta que você recebe com a sensação do toque, que corre direto para o cérebro por meio dos nervos, como se ainda estivessem funcinando", disse Kellis.

Para reproduzir o tato, Kellis explicou como pretendem enviar sinais diretamente para o cérebro, da mesma forma que lêem os sinais dele. A ideia é gerar pequenas quantias de correntes elétricas no córtex somatossensorial, a parte do cérebro que lida com as respostas sensoriais que recebemos da pele.

Publicidade

"No cenário ideal, o braço robótico seria sensorizado. Assim, quando encostasse em algo, o sinal de tato seria enviado de volta ao cérebro", disse Kellis. "É uma mudança dramática na maneira como abordamos interfaces entre cérebro e máquina. A maioria dos experimentos até então tratava de controle, mas o que estamos tentando fazer é trabalhar com controle e sensação."

Os pesquisadores também pretendem explorar outras áreas do cérebro e investigar a possibilidade de combinar as respostas neurológicas do córtex motor e do lobo parietal. A durabilidade dos implantes também é uma questão. "O Erik está no terceiro ano, mas e daqui a dez ou vinte anos?", perguntou Liu. Ele comentou que tecnologias implantáveis e tecnologias sem fio podem se tornar possibilidades no futuro.

Ao telefone, Sorto me contou que ainda sente falta das melhores coisas da vida. "Como estou debilitado, sinto muita falta de me arrumar sozinho. Quero tentar fazer isso da próxima vez, escovar os dentes e fazer a barba", disse.

Dado que é um teste clínico, Sorto está participando com a ciência de que não poderá levar a tecnologia para casa, mas sua partipação poderá ajudar várias pessoas a se beneficiarem de implantes neurais no futuro. "O Erik é generoso de uma maneira que a maioria de nós jamais entenderá", disse Kellis. "Ele se dispôs a ter os eletrodos implantados em seu cérebro simplesmente para ajudar pessoas que podem se beneficiar dessa tecnologia mais para frente."

Dr. Mindy Aisen, diretora de reabilitação do Rancho Los Amigos, disse que a tecnologia poderá ajudar pessoas com esclerose lateral amiotrófica (ELA) e também aquelas que tiveram derrame. "Não houve muita evolução em lesões espinais na última década, mesmo com todo o trabalho com células-tronco. Imaginei que seria ótimo para os nossos pacientes, em geral, ver que nunca desistiremos de novas abordagens para tratá-las", disse Aisen, referindo-se ao experimento local de Erik no Rancho Los Amigos.

O objetivo principal também é deixar a tecnologia mais barata e acessível.

"Minha esperança com essa tecnologia é que, no futuro, as pessoas sejam mais independentes", disse Sorto. "Eu gostaria de me arrumar e me alimentar sozinho. Espero que as pessoas possam usar a tecnologia de interface cerebral para operar dispositivos em casa e em suas comunidades."

Tradução: Stephanie Fernandes