Walk Again
CAMINHE PELO INTRINCADO PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DA INTERFACE CÉREBRO MÁQUINA
HISTÓRIA
REABILITAÇÃO A LONGO PRAZO USANDO INTERFACES CÉREBRO-MÁQUINA DESENCADEIA RECUPERAÇÃO NEUROLÓGICA PARCIAL EM PACIENTES PARAPLÉGICOS CRÔNICOS
Em 1999, os Drs. John Chapin, Miguel Nicolelis e colaboradores publicaram o primeiro estudo científico demonstrando que sinais elétricos gerados por populações de neurônios motores, registrados em ratos acordados, podiam ser extraídos e convertidos em comandos em tempo real para um braço robótico. Este experimento inovador evidenciou o enorme potencial do uso desta tecnologia, denominada interface cérebro-máquina (ICM), na restauração de movimentos em pessoas acometidas por paralisias.
Desde então, a pesquisa em ICM passou por um grande avanço, tendo os estudos do Dr. Nicolelis e equipe se destacado na criação e aprimoramento de tecnologias para registro de populações de neurônios; controle de artefatos robóticos, de aparatos assistivos, e de braços e pernas virtuais; para tratamento de sintomas da Doença de Parkinson e epilepsia; para desenvolvimento de interface cérebro-cérebro e de redes cerebrais para sincronização de tarefas, entre outras.
Em 2009, com base na experiência adquirida em sua carreira, o Dr. Nicolelis reuniu um time de colegas neurocientistas, roboticistas, neuroengenheiros, cientistas da computação, neurocirurgiões e profissionais da reabilitação para formar o consórcio científico internacional sem fins lucrativos denominado Walk Again Project (Projeto Andar de Novo), criado com a missão de desenvolver uma veste robótica (exoesqueleto) controlada pelo cérebro humano capaz de restaurar a locomoção em pessoas acometidas por paralisia. Ainda em 2009, o IINN-ELS, centro de desenvolvimento das pesquisas científicas da AASDAP, se tornou responsável pela coordenação do Projeto Andar de Novo no Brasil.
COPA DO MUNDO
Em 12 de junho de 2014, o Projeto Andar de Novo (WAP), consórcio internacional de pesquisa sem fins lucrativos, realizou uma demonstração científica única, durante a cerimônia de abertura da Copa do Mundo de Futebol no Brasil. Durante essa demonstração, um jovem brasileiro paralisado do peito para baixo, deu o pontapé inicial da Copa do Mundo usando uma interface cérebro-máquina que lhe permitiu controlar os movimentos de um exoesqueleto robótico de membros inferiores, enquanto recebia feedback tátil dos pés do exoesqueleto.
RESULTADOS WALK AGAIN PROJECT
Após 12 meses de treinamento, alguns voluntários recuperaram parcialmente a capacidade de controlar os músculos de suas pernas e de sentir toque e dor em seus membros paralisados, mesmo tendo sido originalmente diagnosticados com paraplegia crônica, em alguns casos por mais de uma década. Os voluntários também recuperaram algum nível de controle de bexiga e de intestino e tiveram melhora na função cardiovascular. Desta forma, quatro voluntários (50% da população estudada) tiveram evolução de classificação ASIA (escala para classificação neurológica de lesão medular dada pela American Spinal Injury Association): três passaram de ASIA A para ASIA C e um passou de ASIA B para ASIA C. Estes resultados estão publicados na revista científica Scientific Reports.
No período de 28 meses de treinamento, a melhora neurológica continuou para os sete voluntários que se mantiveram no protocolo. Apenas para um voluntário que interrompeu a participação no estudo após 12 meses a melhora neurológica não ocorreu. Os sete voluntários que continuaram o protocolo de neuroreabilitação recuperaram níveis significativos de sensação nociceptiva abaixo do nível da lesão, melhora das funções motoras voluntárias e funções sensoriais para diversas modalidades (propriocepção, tátil, pressão e vibração). Também recuperam parcialmente funções intestinais, urinárias e sexuais. Ao final de 28 meses, todos os voluntários evoluíram na escala ASIA (seis passaram de ASIA A para C, e um passou de ASIA B para ASIA C). Esta evolução clínica também refletiu em melhora na qualidade de vida, avaliada por testes psicológicos padronizados. O acompanhamento psicológico dos voluntários demonstrou que, no geral, a participação no protocolo de neuroreabilitação também promoveu uma sensação de empoderamento, fortalecendo a sensação de competência, autovalorização e autoestima dos voluntários. Estes resultados estão publicados na revista PLOS ONE.
MELHORA NEUROLÓGICA E PROTOCOLO DE REABILITAÇÃO
Após a cerimônia da Copa o Projeto Andar de Novo continuou, e durante a realização de avaliações médicas a equipe clínica notou que os voluntários estavam desenvolvendo algum nível de percepção sensorial e controle motor nas áreas abaixo da lesão medular.
Para investigar esta melhora neurológica nossa equipe deu continuidade a rotina de treinos que os voluntários realizaram durante a pesquisa de desenvolvimento do Exo. Esta rotina, que denominamos Protocolo de Neuroreabilitação, consiste em treino de fisioterapia convencional (fortalecimento e alongamento), treino de marcha robótica com Lokomat, treino de marcha robótica ICM com o Exo, treino de marcha convencional, e treino de realidade virtual com ICM.
TESTES BMI-s FES
Ao ser acionado pela atividade elétrica cerebral do usuário, gerada a partir do pensamento de movimentação de sua perna, o BMI-s FES emite pulsos elétricos que ativam individualmente e ordenadamente 16 músculos das pernas (oito em cada uma), seguindo a sequência de ativação muscular realizada na marcha normal. Esta ativação ordenada, possibilita que o indivíduo realize os movimentos de caminhada de forma próxima à natural (suave e contínua), utilizando apenas o apoio de um andador e suporte corporal parcial. Estímulos vibratórios aplicados no antebraço do usuário dão a sensação virtual de toque dos pés no chão, auxiliando o usuário a perceber os eventos da marcha.
O BMI-s FES foi testado e validado com dois voluntários com paraplegia crônica, que caminharam com segurança com 65-70% de suporte de peso corporal, acumulando um total de 4.580 passos com esta configuração. Para estes voluntários observamos melhora da marcha (menor dependência na assistência ao caminhar), aumento no volume muscular e também recuperação neurológica parcial em ambos os voluntários, com taxas substanciais de melhora motora para um deles. Estes resultados estão publicados na revista Scientific Reports.
Até o momento, os nossos estudos são os únicos na literatura científica a demonstrar que o uso das interfaces cérebro-máquina não invasivas e sem uso de fármacos tem efeito na recuperação de funções sensoriais e motoras em pessoas com paraplegia completa.
Estes resultados trazem esperança para milhares de pessoas acometidas por paralisias ou distúrbios de movimentos causados por doenças neurológicas e, certamente, é um grande passo em direção ao desenvolvimento de tratamentos que garantam a qualidade de vida destas pessoas.
SISTEMA DE ESTIMULAÇÃO ELÉTRICA CONTROLADA PELO CÉREBRO
Além da aplicação do protocolo de neuroreabilitação com os voluntários paraplégicos, nossa equipe desenvolveu, em parceria com o Laboratório de Sistema Robótico da École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) , um sistema não-invasivo de estimulação elétrica funcional (FES) controlado pelo cérebro (BMI-sFES). Este sistema integrou as seguintes inovações tecnológicas: 16 canais sFES para estimulação elétrica de músculos para geração de passos, levando-se em conta todas as subfases da marcha fisiológica; ativação do sFES a partir da detecção dos sinais elétricos das áreas motoras das pernas direita e esquerda do usuário (captadas por EEG); e aplicação de estímulos vibratórios no antebraço do usuário para prover a sensação virtual dos membros inferiores.
