Cientistas aperfeiçoam braço artificial que "escuta" cérebro

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Cientistas aperfeiçoam braço artificial que "escuta" cérebro



Amanda Kitts, que perdeu o braço esquerdo em um acidente de automóvel, pode realizar qualquer movimento com um braço artificial utilizando apenas seus pensamentos

Amanda Kitts perdeu o braço esquerdo em um acidente de automóvel acontecido três anos atrás, mas hoje em dia ela joga futebol americano com seu filho de 12 anos de idade, troca fraldas e abraça as crianças nas três creches Kiddie Cottage que opera em Knoxville, Tennessee. Kitts, 40 anos, faz tudo isso com a ajuda de um novo tipo de braço artificial que se movimenta com mais facilidade do que outros aparelhos e que ela pode controlar utilizando apenas seus pensamentos.

"Eu sou capaz de mexer a mão, o pulso e o cotovelo ao mesmo tempo", diz. "Você pensa e os músculos se movem em seguida".

A recuperação que ela conseguiu resulta de um novo procedimento que vem atraindo crescente atenção porque permite que pessoas movam braços protéticos de forma mais automática do que faziam no passado, simplesmente utilizando nervos reaproveitados em seus cérebros.

A técnica, conhecida como "renervação muscular dirigida", envolve utilizar os nervos que restam depois da amputação de um braço e conectá-los a outro músculo do corpo, em geral no peito. Eletrodos são instalados sobre os músculos do peito, e operam como se fossem antenas. Quando a pessoa deseja mover o braço, o cérebro envia sinais que primeiro resultam em contração dos músculos do peito, os quais enviam um sinal ao braço protético, instruindo-se a se movimentar. O processo não requer mais esforços consciente do que a pessoa teria de exercitar caso ainda tivesse seu braço natural.

Na terça-feira, pesquisadores reportaram em estudo publicado pela versão online do Journal of the American Medical Association que haviam levado a técnica ainda mais à frente, tornando possível a execução de 10 movimentos de mão, pulso e cotovelo diferentes, o que representa uma substancial melhora com relação ao típico repertório protético, que em geral envolve apenas dobrar o cotovelo, girar o pulso e abrir a mão.

"Os novos métodos tiveram impacto dramático em nosso campo de trabalho", disse Stuart Harshbarger, engenheiro biomédico na Universidade Johns Hopkins e diretor do programa de pesquisa sobre próteses, financiado pelas forças armadas, que inclui o trabalho com essa técnica. "O método já está em uso por médicos e cirurgiões comuns em todo o país. A capacidade de controlar um membro protético bastante robusto que ele confere surpreendeu a todos pela qualidade".

Tipicamente, uma pessoa que tenha um braço protético só é capaz de executar alguns poucos movimentos, e muitas vezes com tamanha lentidão que isso só permite a ela atividades limitadas.

Há um motor separado para cada movimento, diz Gerald Loeb, professor de engenharia biomédica na Universidade do Sul da Califórnia, "e esses motores precisam ser controlados de maneira explícita", usualmente por um esforço consciente da pessoa para contrair músculos nas costas ou no bíceps.

"Essencialmente, até agora os pacientes controlavam apenas um motor de cada vez", diz Loeb, "e precisavam pensar cuidadosamente sobre que motor desejavam controlar e como fazê-lo operar, em lugar de simplesmente pensarem em mover o braço e poderem fazê-lo sem delongas".

Antes que Kitts passasse pelo procedimento de renervação, em outubro de 2007, por exemplo, ela precisava movimentar os músculos de suas costas de determinada maneira para fazer com que seu pulso girasse, e flexionar seu bíceps e tríceps para fazer com que o cotovelo se movesse para cima e para baixo. "Era muito trabalho", ela conta. "E não me ajudava muito".

O procedimento de renervação é parte de uma recente explosão de idéias novas e técnicas inovadoras que estão sendo exploradas enquanto os cientistas se esforçam por ajudar as pessoas a compensar melhor a perda de membros ou problemas de paralisia. O esforço vem sendo alimentado pelo aumento no número de amputações causado por diabetes e por ferimentos sofridos pelos militares, e ao mesmo tempo pelos avanços na tecnologia médica.

Os braços se tornaram um dos focos essenciais desse tipo de trabalho. A ciência há muito vem obtendo sucessos no desenvolvimento de próteses de perna, mas é muito mais difícil imitar a complexidade e a destreza das mãos e dos braços.

Os esforços em curso incluem o desenvolvimento de projetos de pele e braços mais sensíveis e mais flexíveis, e o uso de dispositivos acionados por controles sem fio implantado nos braços protéticos, que permitiriam movimentos mais naturais.

Os pesquisadores também vêm usando sensores implantados nos cérebros de cobaias para permitir que dois macacos controlem um braço mecânico, e um teste com um homem paralítico permitiu, com esse método, que ele movimentasse um cursor em uma tela de computador.

Alguns desses métodos, caso venham a ser aperfeiçoados plenamente e consigam aprovação das autoridades regulatórias da saúde, podem no futuro se tornar mais viáveis para os pacientes de amputações.

E embora a técnica da renervação não requeira aprovação das autoridades regulatórias porque é executada por meios cirúrgicos e emprega aparelhos já existentes, ela apresenta limitações que até mesmo seus criadores reconhecem, entre as quais o fato de que não se pode utilizá-la para todos os pacientes, o seu alto custo e o prazo de meses requerido para que os nervos reconectados cresçam e se tornem efetivos.

Ainda assim, os especialistas dizem que é o mais avançado sistema em uso hoje para pacientes reais que permite que o sistema nervoso controle diretamente o movimento de um braço artificial.

Desde sua introdução por Todd Kuiken, médico fisioterapeuta e engenheiro biomédico do Instituto de Reabilitação de Chicago, o método foi empregado em cerca de 30 pacientes nos Estados Unidos, Canadá e Europa, entre os quais oito soldados feridos no Iraque e no Afeganistão.

Muitos dos pacientes, entre os quais o primeiro, Jesse Sullivan, um operário do setor elétrico no Tennessee que perdeu os dois braços quando foi eletrocutado por um cabo, conseguem não apenas manipular seus braços protéticos mas sentir a presença das mãos que já não têm quando alguém toca em seus peitos.

Sullivan, 62 anos, e Kitts, estavam entre os cinco pacientes que participaram do estudo reportado na terça-feira. Em companhia de cinco outras pessoas que não passaram por amputações, eles receberam os eletrodos e foram instruídos a usar pensamentos para fazer com que um braço virtual na tela reproduzisse 10 movimentos diferentes, entre os quais três formas diferentes de aperto de mão.

Os pacientes apresentaram desempenho bastante respeitável, apenas um pouco mais lento e menos preciso do que os dos participantes que não tinham amputações.

"As velocidades de movimento que encontramos em nossos pacientes foram realmente encorajadoras", disse Kuiken. "Eles conseguiram completar a tarefa. É claro que não foram tão competentes quanto as pessoas dotadas de plena capacidade física, mas foram bons o bastante".

Um braço virtual foi usado porque a maioria das próteses existentes não era capaz de acomodar todos aqueles movimentos, no momento da pesquisa, ainda que Sullivan, Kitts e uma terceira paciente, Claudia Mitchell, tenham experimentado dois novos protótipos mais versáteis de braços artificiais, executando tarefas complexas com bolas de tênis e outros objetos.

O trabalho de renervação em soldados apresenta outros desafios, diz Kuiken, porque os ferimentos militares muitas vezes "causam danos muitos extensos" a nervos, músculos ou ossos.

Daniel Acosta, 25 anos, um aviador ferido pela detonação de uma bomba em uma estrada do Iraque em 2005, passou pelo procedimento no ano passado e diz que seu braço esquerdo protético agora se movimenta "muito mais rápido" e de maneira muito mais natural.

"A diferença é que agora não preciso mais pensar para mover o braço", ele diz. "Ele simplesmente se mexe".

Ainda assim, Acosta, de San Antonio, diz que "o processo foi bastante longo" e que os eletrodos precisam ser ajustados para receber os sinais à medida que os nervos crescem ou mudam de posição.

E embora elogiem o método, os especialistas afirmam que a ciência das próteses de braço ainda tem muito por avançar.

"Trata-se de uma parte crucial, mas ainda assim apenas uma parte, das muitas coisas que compreendem a função normal de um braço", disse Loeb, que escreveu um editorial que acompanha o artigo no Journal of the American Medical Association.

"No momento estamos a meio do caminho entre o braço de 'Dr. Fantástico', que fazia involuntariamente a saudação nazista, e o braço de Luke Skywalker em 'Guerra nas Estrelas', que funciona sem nenhum problema assim que é conectado. Creio que precisaremos ainda de muitos anos para conectar todas as peças necessárias a produzir um braço capaz de funcionar normalmente".

Tradução: Paulo Migliacci
The New York Times