Em 2018, uma pesquisa envolvendo cientistas da Arizona State University (ASU) chamou atenção ao apresentar um sistema de prótese de mão capaz de oferecer algo além do movimento: sensações relacionadas ao toque.

O pesquisador James Abbas fazia parte da equipe multidisciplinar responsável pelo desenvolvimento da Neural-Enabled Prosthetic Hand (NEPH), uma prótese conectada ao sistema nervoso por meio de eletrodos implantados e de um neuroestimulador controlado sem fio. A proposta era permitir que uma pessoa com amputação pudesse receber informações sensoriais enquanto utilizava a prótese.

O conteúdo publicado originalmente pela AMD em 22 de novembro de 2018 destacou justamente esse avanço tecnológico e a possibilidade de aproximar cada vez mais as próteses artificiais das funções naturais de uma mão.

O que é uma prótese de mão com resposta sensorial?

As próteses convencionais podem permitir movimentos de abertura e fechamento utilizando sinais musculares do próprio usuário.

O grande desafio dos pesquisadores era acrescentar uma segunda direção nessa comunicação.

Em vez de apenas o corpo enviar um comando para a prótese se movimentar, a prótese também deveria ser capaz de enviar informações de volta ao sistema nervoso.

Foi essa a proposta do sistema NEPH.

Sensores presentes na prótese identificavam informações como força aplicada e abertura da mão. Esses dados eram convertidos em estímulos elétricos enviados às fibras nervosas do membro residual, produzindo sensações percebidas pelo usuário.

Como uma pessoa amputada pode voltar a sentir algo na mão?

Mesmo após uma amputação, parte das estruturas nervosas que originalmente se conectavam à mão pode permanecer presente no membro residual.

Esses nervos continuam ligados ao sistema nervoso central.

Os pesquisadores aproveitaram justamente essa característica.

Eletrodos foram implantados em nervos do membro residual e conectados a um neuroestimulador. Quando os sensores da prótese detectavam determinadas informações, o sistema estimulava grupos específicos de fibras nervosas.

O cérebro podia então interpretar esses estímulos como sensações relacionadas à mão que havia sido amputada.

O que o usuário conseguia perceber?

O sistema permitia transmitir informações que normalmente fazem parte do nosso controle natural das mãos.

Entre elas estavam:

• perceber que a prótese havia tocado um objeto;
• identificar aproximadamente quanta força estava sendo aplicada;
• perceber o grau de abertura ou fechamento da mão;
• diferenciar características relacionadas à firmeza dos objetos.

Essas informações podem parecer simples, mas são fundamentais para tarefas cotidianas.

Quando seguramos um copo, por exemplo, ajustamos automaticamente a força das mãos para que ele não caia e também para não apertá-lo excessivamente.

Sem retorno sensorial, uma pessoa usando uma prótese precisa depender principalmente da visão para fazer esse ajuste.

Por que recuperar o sentido do toque é tão importante?

Movimentar uma prótese é apenas uma parte da experiência de utilizar uma mão artificial.

O sistema sensorial humano fornece constantemente informações sobre aquilo que tocamos.

Ele ajuda a perceber:

• pressão;
• contato;
• força;
• movimento;
• posição das mãos;
• características dos objetos.

Essas informações permitem realizar movimentos muito mais naturais.

Por isso, criar uma prótese que também ofereça feedback sensorial representa um avanço importante na tentativa de aproximar tecnologias assistivas do funcionamento natural do corpo.

Quem participou do desenvolvimento da tecnologia?

James Abbas, pesquisador da Arizona State University e diretor do Center for Adaptive Neural Systems, participou de uma equipe de pesquisadores de diferentes instituições.

O desenvolvimento do sistema envolveu colaboração entre áreas como:

• engenharia biomédica;
• neurociência;
• robótica;
• medicina de reabilitação;
• interfaces neurais.

A própria ASU descreve o projeto como resultado de anos de pesquisa para integrar sistemas protéticos ao sistema nervoso.

Quem foi o primeiro participante a utilizar o sistema?

Um dos primeiros participantes foi Jason Little, que havia perdido parte do braço esquerdo após um acidente automobilístico.

Em 2018, eletrodos foram implantados em seu braço e conectados ao sistema de estimulação neural utilizado pela prótese.

A tecnologia permitiu que ele recebesse novamente determinadas sensações relacionadas à mão esquerda por meio da prótese.

A experiência foi particularmente significativa porque o sistema podia ser utilizado fora do laboratório, dentro de situações da vida cotidiana. A divulgação inicial descreveu o NEPH como um dos primeiros sistemas bidirecionais desse tipo destinado ao uso em ambiente real.

O que significa uma prótese bidirecional?

Uma prótese bidirecional trabalha em duas direções.

Na primeira:

corpo → prótese

Sinais produzidos pelos músculos ajudam a controlar os motores responsáveis pelo movimento da mão artificial.

Na segunda:

prótese → sistema nervoso

Sensores presentes na mão artificial coletam informações do ambiente e essas informações são transformadas em estímulos enviados aos nervos.

Esse fluxo de ida e volta é importante porque aproxima o funcionamento da prótese do sistema natural de controle das mãos.

O cérebro ainda consegue interpretar essas sensações?

Um dos aspectos mais interessantes desse tipo de pesquisa é justamente a capacidade do sistema nervoso de continuar interpretando estímulos provenientes de nervos associados ao membro amputado.

Embora a mão já não esteja fisicamente presente, as estruturas neurais relacionadas a ela não desaparecem necessariamente.

Ao estimular determinadas fibras nervosas, pesquisadores conseguem produzir sensações que o cérebro associa à região amputada.

Isso mostra a enorme capacidade de integração existente entre cérebro, nervos periféricos e tecnologias de neuroestimulação.

Neuroestimulação e próteses: qual é a relação?

A neuroestimulação utiliza sinais elétricos controlados para estimular estruturas do sistema nervoso.

No projeto NEPH, essa tecnologia foi incorporada à prótese para produzir feedback sensorial.

O neuroestimulador permanecia implantado no corpo e se comunicava sem fio com componentes externos do sistema.

Os fios implantados nos nervos permitiam que os estímulos fossem enviados de maneira mais direcionada.

Essa tecnologia já estava disponível comercialmente?

Na época do artigo original, não.

O sistema fazia parte de pesquisas experimentais e ensaios destinados a verificar segurança, funcionamento e possibilidade de utilização em situações cotidianas.

Posteriormente, novos projetos continuaram investigando o uso de próteses neurais com feedback sensorial, inclusive por meio de estudos multicêntricos e pesquisas financiadas por instituições como NIH e Departamento de Defesa dos Estados Unidos.

Portanto, é importante diferenciar uma tecnologia experimental promissora de uma solução amplamente disponível para qualquer paciente com amputação.

Medicina, engenharia e neurociência trabalhando juntas

O desenvolvimento de uma mão protética com capacidade sensorial é um exemplo claro de como diferentes áreas podem se complementar.

O projeto reuniu conhecimento em engenharia para desenvolver sensores e componentes eletrônicos, neurociência para compreender como estimular adequadamente os nervos e medicina para permitir a implantação e avaliação clínica do sistema.

Essa integração vem transformando a área das neuropróteses.

O futuro das próteses pode envolver cada vez mais o sistema nervoso

Durante muito tempo, o principal objetivo das próteses foi substituir estruturalmente um membro perdido.

Depois, surgiram próteses capazes de realizar movimentos controlados pelos músculos.

O próximo passo passou a ser recuperar parte da comunicação sensorial perdida com a amputação.

Esse é justamente o território das chamadas interfaces neurais: tecnologias capazes de estabelecer comunicação entre sistemas eletrônicos e o sistema nervoso.

Tecnologia a serviço da qualidade de vida

Mais do que criar uma mão artificial tecnologicamente sofisticada, pesquisas como a do sistema NEPH buscam melhorar a autonomia e a experiência cotidiana de pessoas que sofreram amputações.

Sentir quando um objeto foi tocado, perceber sua firmeza ou ajustar melhor a força empregada em uma tarefa pode ampliar a naturalidade e a precisão dos movimentos.

O artigo compartilhado pela AMD em 2018 já apontava para uma tendência que continua relevante: a tecnologia médica avançando para criar uma integração cada vez maior entre corpo humano e dispositivos assistivos.