Neuropróteses começam a usar sinais que o cérebro consegue compreender

A restauração do feedback sensorial natural resulta em benefícios funcionais e cognitivos para usuários de próteses de perna.
[Imagem: Pietro Comaschi]

Prótese biônica

Há alguns anos, a equipe da professora Stanisa Raspopovic, do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (Suíça), ganhou atenção mundial quando anunciou o desenvolvimento de pernas protéticas que permitiram que amputados sentissem sensações nesses membros artificiais pela primeira vez. Ao contrário das próteses de perna comerciais, que simplesmente fornecem estabilidade e suporte aos amputados, o dispositivo protético foi conectado ao nervo ciático na coxa dos voluntários do teste por meio de eletrodos implantados.

Essa conexão elétrica permitiu que a neuroprótese se comunicasse com o cérebro do paciente, transmitindo informações sobre as constantes mudanças de pressão detectadas na sola do pé protético ao caminhar. Isto deu aos voluntários maior confiança nas suas próteses e permitiu-lhes caminhar consideravelmente mais rápido em terrenos desafiadores.

Agora a equipe foi além, demonstrando os benefícios do uso da estimulação biomimética de inspiração natural para desenvolver uma nova geração de neuropróteses.

Para gerar esses sinais biomiméticos, a pesquisadora Natalija Katic desenvolveu um modelo computacional chamado FootSim, baseado em dados que registram a atividade de receptores naturais, chamados mecanorreceptores, na sola do pé.

O modelo simula o comportamento dinâmico de um grande número de mecanorreceptores na sola do pé e gera os sinais neurais que disparam os nervos da perna em direção ao cérebro - a partir do momento em que o calcanhar atinge o solo e o peso do corpo começa a diminuir até que os dedos saiam do chão, prontos para o próximo passo. "Graças a este modelo, podemos ver como os receptores sensoriais da planta do pé e os nervos conectados se comportam durante a caminhada ou corrida, o que é experimentalmente impossível de medir," disse Katic.

Resumo da estimulação biomimética das novas neuropróteses.
[Imagem: Giacomo Valle et al. - 10.1038/s41467-024-45190-6]

Novo patamar

No ensaio clínico da nova neuroprótese, feito com amputados de pernas, os pesquisadores conseguiram demonstrar que a estimulação biomimética é superior à estimulação constante no tempo, mostrando claramente como os sinais que imitam a natureza produzem melhores resultados: Os voluntários do teste não só foram capazes de subir degraus mais rapidamente, como também cometeram menos erros em uma tarefa que exigia que subissem os mesmos degraus enquanto soletravam palavras ao contrário.

"A neuroestimulação biomimética permite que os indivíduos se concentrem em outras coisas enquanto caminham," disse Raspopovic. "Então concluímos que esse tipo de estimulação é processado de forma mais natural e menos desgastante para o cérebro."

Este é um passo fundamental para passar dos atuais sistemas puramente eletrônicos, baseados em estimulações temporizadas controladas por chips, para a estimulação por sinais biomiméticos, que também serão úteis em toda uma série de outros dispositivos de auxílio, incluindo implantes espinhais e eletrodos para estimulação cerebral.

"Precisamos aprender a linguagem do sistema nervoso. Então seremos capazes de nos comunicar com o cérebro de uma forma que ele realmente entende," concluiu Raspopovic.