Brasileiro faz macacos controlarem com a mente um par de braços virtuais

Abrir uma lata de refrigerante, digitar um texto no celular ou no computador, praticar esportes como vôlei e basquete. Todas essas ações são, geralmente, realizadas com um movimento coordenado dos pares de mãos e braços que pode parecer simples para a maioria das pessoas, mas são um sonho ainda distante para quem sofre com paralisias. Agora, um estudo coordenado pelo brasileiro Miguel Nicolelis, professor de neurobiologia da Universidade de Duke, nos Estados Unidos, tornou esse desejo mais próximo para esses pacientes.


Em um artigo publicado na edição de hoje da revista especializada Science Translational Medicine, o grupo de Nicolelis mostra como conseguiu fazer com que macacos controlassem simultaneamente dois braços virtuais, mostrados em um monitor, apenas com comandos mentais. Estudos anteriores conduzidos pelo próprio brasileiro tinham alcançado resultados semelhantes com apenas um braço. O grande feito desse trabalho é a conquista dos movimentos bimanuais — muito mais complexos do ponto de vista neurológico. O avanço é importante para o sucesso do projeto Andar de Novo, que reúne cientistas do Brasil, dos EUA e do Japão com o objetivo de ajudar uma pessoa tetraplégica a dar o pontapé inicial na Copa do Mundo de 2014.

A linha de pesquisa trabalha com as chamadas interfaces cérebro-máquinas (ICMs), mecanismos que ligam equipamentos mecânicos diretamente ao cérebro. Assim, a máquina pode interpretar a vontade de movimento manifestada pela mente e reagir a ela. A ideia é usar essa tecnologia para construir próteses movidas pelo pensamento. O paciente imagina que está mexendo o braço artificial, a atividade cerebral é interpretada, e a prótese se mexe. No caso do projeto para o Mundial de 2014, a meta é fazer com que um paciente com lesão medular vista uma espécie de armadura que, controlada pelo cérebro, o ajude a andar e chutar a bola.

Complexidade
O problema é que mexer um só membro é muito mais simples para o cérebro do que coordenar dois deles. Para fazer com que os macacos rhesus usados no experimento controlassem o par de braços artificiais, o grupo de cientistas precisava primeiro entender o que ocorre na mente quando essa tarefa é realizada. Assim, microeletrodos foram inseridos no córtex dos animais para que a atividade de neurônios fosse monitorada. “Nós registramos quase 500 neurônios de várias áreas em ambos os hemisférios do cérebro dos macacos. É o maior número registrado até hoje”, diz ao Correio Nicolelis.

Com esse mapeamento, os pesquisadores conseguiram determinar algoritmos especiais que foram inseridos no software por meio de um link robótico. O passo seguinte foi treinar os primatas a manipularem os braços na tela por meio de joysticks. Enquanto eles faziam isso, a interface cérebro-máquina aprendia a transformar a atividade dos neurônios em movimento. Duas semanas depois, o controle não era mais necessário. Os macacos podiam apenas pensar nos movimentos que queriam realizar nos membros virtuais para que seus pensamentos fossem “lidos” e transformados em ação no monitor (veja infografia acima). “Os macacos aprenderam a controlar os braços virtuais usando apenas sua atividade cerebral, sem mover seus próprios braços”, explica o neurocientista brasileiro.

Segundo Nicolelis, o experimento comprovou que o movimento de um braço apenas gera atividades no córtex cerebral bem diferentes das produzidas pelo uso coordenado de dois braços. “Quando olhamos para as propriedades dos neurônios individuais ou de populações inteiras de células corticais, percebemos que simplesmente resumir a atividade neuronal relacionada com os movimentos dos braços direito e esquerdo não nos permitia prever o que os mesmos neurônios individuais fariam quando ambos os braços estivessem envolvidos juntos em uma tarefa bimanual”, afirma o pesquisador.

Entender essa distinção era a chave que faltava para próteses de movimentos bimanuais coordenados. “Essa descoberta aponta para uma propriedade emergente do cérebro, uma soma não linear, quando as duas mãos estão envolvidas de uma só vez. Isso muda e complementa a nossa estratégia anterior”, destaca. O feito terá impacto direto no projeto Andar de Novo. “O próximo passo agora é conseguir os movimentos dos membros inferiores (pernas). Já estão em andamento testes com as próteses iniciais desenvolvidas em centros no Brasil, em Natal e em São Paulo”, revela. Nicolelis crê que a meta de mostrar a tecnologia funcionando no Mundial de 2014 será alcançada. “Estamos dentro do cronograma e acredito que vamos conseguir o nosso objetivo a tempo da Copa.”

Avanços
Especialistas não envolvidos na pesquisa recebem os resultados com otimismo. Para Osvaldo Vilela Filho, neurocirurgião da Universidade Federal do Goiás (UFG), a conquista do movimento bimanual é importante, pois se trata de um processo complexo, que engloba muitos sistemas motores. “Para consegui-lo é necessário estudar áreas distintas do córtex cerebral, como a área primária, a pré-motora, e a suplementar, todas importantes para a execução dessa função. É uma tarefa bastante complexa, o que justifica a ação de tantos neurônios”, analisa. Filho acredita, contudo, que realizar o mesmo feito com as duas pernas será algo ainda mais difícil. “Esse é um grande avanço, mas os próximos passos exigirão mais, já que os membros inferiores possuem um processo complicado de locomoção”, completa.

Vilela Filho lembra que a busca por devolver o movimento para paraplégicos e tetraplégicos ocorre hoje de diferentes maneiras. “Temos visto muitos grupos que, como o de Nicolelis, têm como objetivo recuperar movimentos. O caminho seguido por ele, de desvendar as zonas corticais e utilizar um dispositivo para retomada dos movimentos, é interessante. Mas há equipes que tentam recuperar a ação interrompida da medula por meio de células-tronco”, lembra. “Acredito que teremos muitos frutos na área da neurocognição em ambas as frentes.”

Ricardo de Oliveira, neurocientista do Instituto D’Or de Pesquisa e Ensino, também acredita que projetos na área neurológica, voltados à busca do retorno de movimentos, podem trazer ganhos que estão cada vez mais próximos. “Acredito que esse trabalho possa se estender a uma grande variedade de lesões, desde paralisias extensas até perdas sensoriais, especialmente visuais”, destaca. “A esperança de voltar a andar é uma constante na vida da maioria das pessoas que sofrem essas lesões. Creio estarmos a apenas alguns passos disso.”

Estratégia eficaz

“O controle bilateral é um passo importante na área neurocognitiva, particularmente para pacientes tetraplégicos. Esse estudo é importante quando pensamos em avanços para a recuperação. A utilização de um modelo matemático para decodificar os dois braços é interessante e, possivelmente, contraintuitivo (diferente da resposta do corpo). Pode-se pensar que dois modelos matemáticos poderiam funcionar melhor para conseguir ambos os movimentos, embora, em retrospecto, um único modelo faça sentido também.”

Sliman Bensmaia, PhD e professor do Departamento de Biologia e Anatomia da Universidade de Chicago, nos Estados Unidos