Os dois pacientes paralisados estavam em pé e andando em esteiras em nenhum momento. Esse feito impressionante foi possível graças a uma nova cirurgia sem precedentes, na qual os pesquisadores implantaram dispositivos sem fio no cérebro dos pacientes que registravam sua atividade cerebral. A tecnologia permitiu que o cérebro se comunicasse com as pernas - contornando os caminhos quebrados da medula espinhal - para que o paciente pudesse recuperar o controle novamente.
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Esses pacientes eram macacos. Mas este pequeno passo para os macacos poderia levar a um gigantesco salto para milhões de humanos paralisados: o mesmo equipamento já foi aprovado para uso em humanos, e estudos clínicos estão em curso na Suíça para testar a eficácia terapêutica do método de estimulação medular em humanos (menos o implante cerebral). Agora que os pesquisadores têm uma prova de conceito, esse tipo de neurotecnologia sem fio pode mudar o futuro da recuperação da paralisia.
Em vez de tentar reparar as vias danificadas da medula espinhal que normalmente transmitem sinais cerebrais aos membros, os cientistas tentaram uma abordagem inovadora para reverter a paralisia: contornando completamente o gargalo da lesão. O implante funcionou como uma ponte entre o cérebro e as pernas, direcionando o movimento das pernas e estimulando o movimento muscular em tempo real, diz Tomislav Milekovic, pesquisador da École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). Milekovic e co-autores relatam suas descobertas em um novo artigo publicado na revista Nature .
Quando a rede neural do cérebro processa informações, produz sinais distintos - que os cientistas aprenderam a interpretar. Aqueles que dirigem a caminhada em primatas originam-se na região do tamanho de uma moeda conhecida como o córtex motor. Em um indivíduo saudável, os sinais viajam pela medula espinhal até a região lombar, onde direcionam a ativação dos músculos das pernas para permitir a caminhada.
Se uma lesão traumática destrói essa conexão, um sujeito fica paralisado. Embora o cérebro ainda seja capaz de produzir os sinais apropriados, e as redes neurais ativadoras dos músculos da perna estejam intactas, esses sinais nunca alcançam as pernas. Os pesquisadores conseguiram restabelecer a conexão em tempo real, tecnologia sem fio, um feito sem precedentes.
Como é que o sistema funciona? A interface artificial da equipe começa com um conjunto de quase 100 eletrodos implantados no córtex motor do cérebro. Ele está conectado a um dispositivo de gravação que mede o aumento das atividades elétricas no cérebro que controlam os movimentos das pernas. O dispositivo envia esses sinais para um computador que decodifica e traduz essas instruções para outro conjunto de eletrodos implantados na medula espinhal inferior, abaixo da lesão. Quando o segundo grupo de eletrodos recebe as instruções, ele ativa os grupos musculares apropriados nas pernas.
Para o estudo, os dois macacos Rhesus sofreram lesões na medula espinhal no laboratório. Depois de suas cirurgias, eles precisavam passar alguns dias se recuperando e esperando o sistema coletar e calibrar os dados necessários sobre sua condição. Mas apenas seis dias após a lesão, um macaco estava andando em uma esteira. O outro estava de pé e andando no dia 16 após a lesão.
O sucesso do implante cerebral demonstra pela primeira vez como a neurotecnologia e a estimulação da medula espinhal podem restaurar a capacidade de um primata de andar. "O sistema restaurou os movimentos locomotores imediatamente, sem nenhum treinamento ou reaprendizado", disse Milekovic, engenheiro de sistemas neuroprotéticos baseados em dados, ao Smithsonian.com.
"A primeira vez que ligamos a interface cérebro-coluna foi um momento que nunca esquecerei", acrescentou o pesquisador da EPFL, Marc Capogrosso, em um comunicado.
Um novo implante cerebral sem fio envia sinais para os grupos musculares das pernas. (Ilustração de Jemere Ruby) A técnica de "hackear" as redes neurais do cérebro produziu proezas notáveis, como ajudar a criar próteses sensíveis ao toque que permitem que os usuários executem tarefas delicadas como quebrar um ovo. Mas muitos desses esforços usam conexões de cabo entre o cérebro e os dispositivos de gravação, o que significa que os sujeitos não são capazes de se mover livremente. "O controle neural dos movimentos da mão e do braço foi investigado em grande detalhe, enquanto menos foco foi dado ao controle neuronal dos movimentos das pernas, o que exigiu que os animais se movessem livremente e naturalmente", diz Milekovic.
Christian Ethier, um neurocientista da Université Laval de Quebec, que não esteve envolvido na pesquisa, chamou a obra de "um grande passo no desenvolvimento de sistemas neuroprotéticos". Ele acrescentou: "Acredito que esta demonstração vai acelerar a tradução do cérebro invasivo". interfaces de computador para aplicações humanas.
Em uma matéria da News & Views que acompanha a revista Nature, o neurocientista Andrew Jackson concorda, apontando a rapidez com que avanços nesse campo mudaram de macacos para pessoas. Um trabalho de 2008, por exemplo, demonstrou que os macacos paralisados podiam controlar um braço robótico apenas com o cérebro; quatro anos depois, uma mulher paralisada fez o mesmo. No início deste ano, a estimulação muscular controlada pelo cérebro permitiu que uma pessoa tetraplégica compreendesse itens, entre outras habilidades manuais, depois que o mesmo feito foi alcançado em macacos em 2012.
Jackson conclui a partir desta história que "não é razoável especular que poderíamos ver as primeiras demonstrações clínicas de interfaces entre o cérebro e a medula espinhal até o final da década".
O arranjo de eletrodos da Rocha Negra implantado no cérebro dos macacos tem sido usado por 12 anos para registrar com sucesso a atividade cerebral nos testes clínicos do BrainGate; inúmeros estudos demonstraram que este sinal pode controlar com precisão dispositivos neuroprostéticos complexos. "Embora exija cirurgia, a matriz é uma ordem de grandeza menor do que os simuladores cerebrais profundos cirurgicamente implantados já utilizados por mais de 130.000 pessoas com doença de Parkinson ou outros distúrbios do movimento", acrescenta Milekovic.
Embora este teste tenha sido limitado a apenas algumas fases da atividade cerebral relacionada à marcha, Ethier sugere que ele poderia permitir uma maior amplitude de movimentos no futuro. “Usando esses mesmos implantes cerebrais, é possível decodificar a intenção do movimento com muito mais detalhes, semelhante ao que fizemos para restaurar a função de apreensão. ... Eu espero que os desenvolvimentos futuros vão além e talvez incluam outras habilidades como compensar obstáculos e ajustar a velocidade de andar. ”
Ethier observa outra possibilidade intrigante: o sistema sem fio pode realmente ajudar o corpo a se curar. "Ao re-sincronizar a atividade no cérebro e nos centros motores espinhais, eles poderiam promover o que é chamado de 'neuroplasticidade dependente de atividade' e consolidar quaisquer conexões reservadas que ligam o cérebro aos músculos", diz ele. "Isso pode ter efeitos terapêuticos de longo prazo e promover a recuperação natural da função além do que é possível com as terapias convencionais de reabilitação."
Este fenômeno não é bem compreendido, e a possibilidade permanece especulativa neste momento, ele enfatiza. Mas a realização tangível que essa pesquisa demonstra - ajudar os paralisados a andar de novo com seus cérebros - já é um grande passo.
