Provavelmente, você pode concluir um número incrível de tarefas com as mãos, sem olhar para elas. Mas se você calçar luvas que abafam o sentido do tato, muitas dessas tarefas simples se tornarão frustrantes. Retire a propriocepção – sua capacidade de sentir a posição relativa e o movimento do seu corpo – e você pode até acabar quebrando um objeto ou se machucando.
“A maioria das pessoas não se apercebe de quantas vezes confiam no toque em vez da visão – escrever, caminhar, pegar num copo de água frágil”, disse Charles Greenspon, PhD, neurocientista da Universidade de Chicago. “Se você não consegue sentir, você tem que observar constantemente sua mão enquanto faz qualquer coisa, e ainda corre o risco de derramar, esmagar ou deixar cair objetos.”
Greenspon e seus colaboradores de pesquisa publicaram recentemente artigos em Engenharia Biomédica da Natureza e Ciência documentando grandes progressos em uma tecnologia projetada para resolver precisamente esse problema: estimulação elétrica direta e cuidadosamente cronometrada do cérebro, que pode recriar suggestions tátil para dar “sensação” diferenciada às mãos protéticas.
A ciência de restaurar a sensação
Esses novos estudos baseiam-se em anos de colaboração entre cientistas e engenheiros da UChicago, da Universidade de Pittsburgh, da Northwestern College, da Case Western Reserve College e da Blackrock Neurotech. Juntos, eles estão projetando, construindo, implementando e refinando interfaces cérebro-computador (BCIs) e braços protéticos robóticos destinados a restaurar o controle motor e a sensação em pessoas que perderam funções significativas dos membros.
Do lado da UChicago, a pesquisa foi liderada pelo neurocientista Sliman Bensmaia, PhD, até seu falecimento inesperado em 2023.
A abordagem dos pesquisadores à sensação protética envolve a colocação de pequenos conjuntos de eletrodos nas partes do cérebro responsáveis por mover e sentir a mão. Por um lado, um participante pode mover um braço robótico simplesmente pensando no movimento e, por outro lado, os sensores desse membro robótico podem desencadear pulsos de atividade elétrica chamados microestimulação intracortical (ICMS) na parte do cérebro dedicada ao toque.
Durante cerca de uma década, explicou Greenspon, esta estimulação do centro táctil só conseguiu proporcionar uma simples sensação de contacto em diferentes locais da mão.
“Poderíamos evocar a sensação de que você estava tocando alguma coisa, mas period principalmente apenas um sinal liga/desliga, e muitas vezes period muito fraco e difícil dizer onde ocorreu o contato na mão”, disse ele.
Os resultados recentemente publicados marcam marcos importantes na superação dessas limitações.
Avançar na compreensão do toque synthetic
No primeiro estudo, publicado em Engenharia Biomédica da NaturezaGreenspon e seus colegas se concentraram em garantir que as sensações de toque evocadas eletricamente fossem estáveis, localizadas com precisão e fortes o suficiente para serem úteis nas tarefas diárias.
Ao fornecer pulsos curtos a eletrodos individuais nos centros de toque dos participantes e fazê-los relatar onde e com que intensidade sentiram cada sensação, os pesquisadores criaram “mapas” detalhados de áreas cerebrais que correspondiam a partes específicas da mão. Os testes revelaram que quando dois eletrodos próximos são estimulados juntos, os participantes sentem um toque mais forte e claro, o que pode melhorar sua capacidade de localizar e medir a pressão na parte correta da mão.
Os pesquisadores também realizaram testes exaustivos para confirmar que o mesmo eletrodo cria consistentemente uma sensação correspondente a um native específico.
“Se eu estimular um eletrodo no primeiro dia e um participante sentir isso no polegar, podemos testar esse mesmo eletrodo no dia 100, no dia 1.000, até mesmo muitos anos depois, e eles ainda o sentirão aproximadamente no mesmo native”, disse Greenspon. , que foi o autor principal deste artigo.
Do ponto de vista prático, qualquer dispositivo clínico precisaria ser estável o suficiente para que o paciente pudesse confiar nele na vida cotidiana. Um eletrodo que muda continuamente sua “localização de toque” ou produz sensações inconsistentes seria frustrante e exigiria recalibração frequente. Por outro lado, a consistência a longo prazo que este estudo revelou poderia permitir que os utilizadores de próteses desenvolvessem confiança no seu controlo motor e sentido do tacto, tal como fariam nos seus membros naturais.
Adicionando sensações de movimento e formas
O complementar Ciência o papel deu um passo além para tornar o toque synthetic ainda mais envolvente e intuitivo. O projeto foi liderado pelo primeiro autor Giacomo Valle, PhD, ex-bolsista de pós-doutorado na UChicago que agora continua sua pesquisa biônica na Chalmers College of Know-how, na Suécia.
“Dois eletrodos próximos um do outro no cérebro não criam sensações que ‘coloquem’ a mão em pequenas manchas organizadas com correspondência um a um; em vez disso, as localizações sensoriais se sobrepõem”, explicou Greenspon, que compartilhou a autoria sênior deste papel com Bensmaia.
Os pesquisadores decidiram testar se poderiam usar essa natureza sobreposta para criar sensações que permitissem aos usuários sentir os limites de um objeto ou o movimento de algo deslizando ao longo de sua pele. Depois de identificar pares ou grupos de eletrodos cujas “zonas de toque” se sobrepunham, os cientistas os ativaram em padrões cuidadosamente orquestrados para gerar sensações que progrediam através do mapa sensorial.
Os participantes descreveram a sensação de um toque suave e deslizante passando suavemente sobre seus dedos, apesar do estímulo ser aplicado em passos pequenos e discretos. Os cientistas atribuem este resultado à notável capacidade do cérebro de unir informações sensoriais e interpretá-las como experiências coerentes e comoventes, “preenchendo” lacunas na percepção.
A abordagem de ativação sequencial de eletrodos também melhorou significativamente a capacidade dos participantes de distinguir formas táteis complexas e responder a mudanças nos objetos que tocavam. Às vezes, eles conseguiam identificar letras do alfabeto “traçadas” eletricamente nas pontas dos dedos e podiam usar um braço biônico para firmar o volante quando ele começava a escorregar pela mão.
Esses avanços ajudam a aproximar o suggestions biônico das habilidades precisas, complexas e adaptativas do toque pure, abrindo caminho para próteses que permitem o manuseio confiável de objetos do cotidiano e respostas a estímulos mutáveis.
O futuro das neuropróteses
Os pesquisadores esperam que, à medida que os designs dos eletrodos e os métodos cirúrgicos continuem a melhorar, a cobertura da mão se torne ainda mais fina, permitindo um suggestions mais realista.
“Esperamos integrar os resultados destes dois estudos nos nossos sistemas robóticos, onde já demonstrámos que mesmo estratégias de estimulação simples podem melhorar as capacidades das pessoas para controlar braços robóticos com os seus cérebros”, disse o co-autor Robert Gaunt, PhD, professor associado. de medicina física e reabilitação e líder do trabalho de estimulação na Universidade de Pittsburgh.
Greenspon enfatizou que a motivação por trás deste trabalho é aumentar a independência e a qualidade de vida das pessoas que vivem com perda de membros ou paralisia.
“Todos nós nos preocupamos com as pessoas em nossas vidas que se machucam e perdem o uso de um membro – esta pesquisa é para elas”, disse ele. “É assim que restauramos o toque nas pessoas. É a vanguarda da neurotecnologia restauradora e estamos trabalhando para expandir a abordagem para outras regiões do cérebro”.
A abordagem também é promissora para pessoas com outros tipos de perda sensorial. Na verdade, o grupo também colaborou com cirurgiões e obstetras da UChicago no Projeto Bionic Breast, que visa produzir um dispositivo implantável que possa restaurar a sensação do tato após a mastectomia.
Embora ainda subsistam muitos desafios, estes estudos mais recentes oferecem provas de que o caminho para restaurar o toque está a tornar-se mais claro. A cada novo conjunto de descobertas, os investigadores aproximam-se de um futuro em que uma parte protética do corpo não seja apenas uma ferramenta funcional, mas uma forma de experimentar o mundo.
