Uma equipe de cientistas publicou recentemente uma pesquisa intrigante sobre um implante de cérebro minúsculo, semelhante a uma lasca, que os médicos podem deslizar profundamente nas dobras do cérebro e usar para restaurar o controle muscular e a sensação dos membros de um paciente com paralisia.
Em dois artigos científicos sobre pesquisas em três pacientes, um publicado na revista Brain Stimulation e o outro na Frontiers in Neuroscience, cientistas liderados pelo engenheiro médico bioeletrônico Chad Bouton do Feinstein Institutes for Medical Research and Northwell Health descobriram que o implante pode registre e decodifique a atividade do cérebro, encaminhe-a por meio de um computador em vez da medula espinhal danificada e use-a para estimular os músculos diretamente – essencialmente contornando o sistema nervoso danificado de um paciente e permitindo que eles controlem sua mão novamente.
Mas isso não é tudo. O sistema também foi capaz de coletar dados sobre a posição e pressão dos dedos para estimular a região sensorial do cérebro, proporcionando aos sujeitos uma sensação de tato e propriocepção sobre seus próprios membros.
Resumindo, o implante pode ajudar as pessoas a se moverem e sentirem seus membros, contornando qualquer lesão ou condição que tenha impedido o cérebro de se comunicar com o corpo. Agora, diz Bouton, sua equipe tem autorização do FDA para conduzir um ambicioso ensaio clínico que testa ambas as capacidades – e concede novos níveis de independência para pessoas com paralisia.
O futurismo alcançou Bouton depois que seus dois artigos recentes foram ao ar para falar sobre seus objetivos e visão para o implante neural. Aqui está nossa conversa, editada para maior extensão e clareza.
Este implante visa restaurar a sensação e o controle muscular. De onde veio essa ideia?
Chad Bouton: É claro que tem havido um grande trabalho em células-tronco e técnicas para tentar promover o recrescimento neural e a reconexão. E, obviamente, esse trabalho avança, mas ainda há desafios. Tive a oportunidade realmente boa em minha carreira, no início, de me envolver com o programa BrainGate. A primeira vez que colocamos essas matrizes de eletrodos no cérebro, especificamente no córtex motor, os pacientes podiam mover os cursores. Tudo isso realmente virou manchete e nós desbravamos novos caminhos e marcos foram alcançados, mas nenhum dos pacientes foi capaz de se mover. Simplesmente não era o foco do estudo. Então, alguns anos depois, tive a ideia de que se podemos decifrar ou decodificar sinais no cérebro da área motora, se podemos entender que alguém está pensando em abrir a mão e mover dedos diferentes e fechar a mão, bem, então por que não podemos agora redirecionar esses sinais em torno da lesão ou da parte danificada do sistema nervoso e, então, permitir a estimulação dos músculos em tempo real?
Nós nos propusemos a fazer isso. Tivemos o primeiro estudo clínico em que um jovem que ficou paralisado por cerca de quatro anos de um acidente de mergulho se tornou o primeiro humano paralisado a usar um implante cerebral para recuperar o movimento real de sua própria mão, e não de um braço robótico, mas de seu mão real. Essa foi a primeira vez na área médica e batizei a frase “bypass neural eletrônico”. Se podemos fazer isso de uma maneira, por que não poderíamos fazer na outra direção ou torná-lo bidirecional? Então, estamos chamando o que estamos trabalhando de bypass neural bidirecional. Agora podemos até pegar informações – pressão das pontas dos dedos – com esses pequenos sensores finos e então talvez redirecionar esses sinais ao redor da lesão e enviar o sinal de volta para o cérebro. E essa é a grande parte do que acabamos de fazer.
Uma é sobre gravação e decodificação, usando este eletrodo muito fino e minimamente invasivo que você pode colocar no cérebro e gravar o código. E também podemos estimular e criar sensações na ponta dos dedos. As pontas dos dedos são tão importantes, certo? Pense em todas as coisas que fazemos todos os dias, como nos vestirmos e em nossas habilidades motoras finas. Começamos em um lugar e então percebemos: “Uau, devemos tentar continuar e resolver o grande problema.” Existem mais de 100 milhões de pessoas vivendo com alguma forma de paralisia em todo o mundo, e suas principais causas são derrame e lesão da medula espinhal, ou lesão traumática, e é um grande problema que ainda não foi resolvido.
Em um nível geral, que input este implante está absorvendo e como ele está realmente traduzindo isso em percepção restaurada e controle muscular? Faz diferença onde está o ferimento?
Bouton: Vamos dar um exemplo. Portanto, se alguém sofreu um acidente de carro e sofreu uma lesão na medula espinhal, a lesão é entre o cérebro e os músculos. Sabemos que a medula espinhal é uma espécie de autoestrada da informação. Não é nada como o cérebro, mas é toda uma rede em si. Bastante complicado. Então, sua pergunta sobre onde colocamos o implante – esses dois grandes artigos acabaram de aparecer onde mostramos que podemos usar um eletrodo muito fino, um eletrodo de profundidade, ou às vezes chamado de eletrodo estéreo de EEG, que tem menos de um milímetro de diâmetro. Os cirurgiões fazem buracos realmente minúsculos no crânio e os inserem. Estamos tentando atingir um alvo um pouco mais profundo do que todos os nossos trabalhos anteriores. E estamos tentando ir um pouco mais fundo e para baixo nas dobras do cérebro, os sulcos. Já se sabe há um tempo que as [partes do cérebro correspondentes às] pontas dos dedos estão, na verdade, um pouco mais para baixo nas dobras.
Nós nos concentramos nas pontas dos dedos e na criação ou restauração de sensações. Esse é o objetivo final. Nós mostramos pela primeira vez que você pode estimular para baixo nessas áreas mais profundas nas dobras do cérebro e dar sensações altamente focais, ou percepções, nas pontas dos dedos. Por isso, as pessoas relataram: “Uau, sinto um pequeno formigamento ou um pequeno zumbido ou uma pequena pressão na ponta do polegar ou indicador”. E fizemos isso de forma consistente. Isso foi enorme. E então, ao mesmo tempo, em três participantes, gravamos sinais conforme as pessoas moviam os dedos individualmente. Descobrimos que não podíamos apenas dizer em qual dedo eles estão pensando ou movendo individualmente, como, digamos, o polegar ou o dedo médio, mas também podemos captar sinais interessantes do que é chamado de matéria branca do cérebro. Poderíamos aumentar até 91 por cento, às vezes até melhor, precisão de decodificação.
Por que isso é importante? Bem, pense no exemplo da paralisia. Alguém quer mover a mão novamente. Então, usamos os eletrodos finos, gravamos dessa área para dizer: “Ok, eles querem abrir ou talvez agarrar com força; pegue um pequeno objeto ou uma uva ou algo que eles estejam comendo. ” E decodificamos e dizemos: “Ok, sabemos o que eles querem fazer”. Enviamos para um computador e o computador envia um sinal para estimuladores musculares. E nós desenvolvemos essas matrizes de eletrodos de ouro muito legais que você coloca diretamente na pele. Estimulamos os músculos diretamente com base em seus padrões de pensamento. E é assim que você redireciona a única direção.
Agora temos autorização do FDA para fazer um novo estudo em que coletamos informações sensoriais, onde alguém apanha uma uva ou o que quer que seja. E temos esses pequenos sensores de película fina que desenvolvemos. Colocamos nos dedos. Eles foram esticados como a pele ou achatados como sua pele quando você toca um objeto e geram um sinal elétrico. Enviamos isso de volta para o computador e o computador envia padrões de estimulação de volta para as dobras do cérebro. Bem, essa é a próxima coisa que queremos fazer. Temos a aprovação do FDA para fazer esse estudo a seguir e fechar o ciclo, se você quiser.
Existe algum tipo de atraso de sinal, já que você precisa ir do sinal neural ao implante, ao computador e à estimulação muscular? E quanto à outra direção?
Bouton: A equipe realmente trabalhou muito para reduzir esse atraso. Sempre há um atraso, mesmo em alguém que não tem uma lesão na medula espinhal. Os sinais demoram um pouco para viajar. Nós desenvolvemos algoritmos de IA que têm uma resposta muito curta e muito rápida. Sabemos em menos de um segundo o que a pessoa quer fazer. E isso é muito utilizável. Um dos desafios do EEG no próprio couro cabeludo é que ainda existem alguns atrasos. E com isso, colocando o implante no cérebro e gravando diretamente do cérebro, usando nossas novas abordagens, podemos realmente manter esses atrasos bem curtos. O que é importante, certo? quero dizer, pense sobre isso. Se você deseja que isso seja funcional e realmente utilizável, é necessário reduzir esses atrasos.
Então, eu sei que você está nos primeiros dias: você está planejando o próximo estudo, e esta pesquisa é baseada em apenas três pacientes. Mas há um objetivo comercial aqui ou um objetivo mais amplo de levar essa tecnologia para a clínica?
Bouton: Acho que ainda temos que estudar essa abordagem. Ele tem a grande vantagem de ser minimamente invasivo. Mas ainda temos que desenvolver o que chamamos de versão crônica ou de longo prazo, que pode ser deixada por períodos mais longos. E então também temos que continuar a mapear um pouco mais de onde exatamente queremos registrar e estimular. Esses dois artigos devem lançar alguma luz significativa sobre isso, mas ainda queremos fazer mais.
Eu não descartaria que pudéssemos começar a contemplar a comercialização de alguma versão desse tipo de tecnologia, mas provavelmente ainda estaremos vários anos à frente.
A razão pela qual pergunto sobre a direção futura é porque o FDA concedeu a aprovação da experimentação em humanos a outra empresa chamada Synchron. Eles também estão focados em tecnologia minimamente invasiva e construíram um implante que realmente permanece na vasculatura do cérebro. Este foco em procedimentos minimamente invasivos é uma tendência crescente na área?
Bouton: Com certeza. Sim. Eu conheço seu trabalho muito bem. Estamos cientes um do outro, obviamente, e o que eles estão fazendo é ótimo. Acho que eles têm um objetivo semelhante, tornando-o minimamente invasivo e tornando o BCI mais disponível para mais pessoas, o que eu aplaudo. Isso é absolutamente o que queremos fazer. Eu acho que também é sobre onde no cérebro você pode colocar esses eletrodos. Estamos tentando ter certeza de que podemos alcançar o maior número possível de áreas importantes, mas com segurança. Queremos alcançar áreas como as mãos e os dedos e as pontas dos dedos, e queremos alcançar os pés e as pernas. É por isso que estamos mapeando e nos aprofundando um pouco mais no cérebro e tentando diferentes áreas e entrando nas dobras. Isso é muito importante porque agora você pode ajudar uma gama ainda mais ampla de pessoas. Se você pode entrar em algumas das áreas de processamento da fala e geração da fala do cérebro ou mesmo audição ou visão. A questão é que precisamos olhar para essas áreas e alcançar o máximo de áreas do cérebro que pudermos para ajudar, porque há uma ampla gama de condições, como você sabe, que podemos tratar com esse tipo de tecnologia no futuro.
Há uma grande diversidade de tipos de pacientes que teoricamente se beneficiam disso, desde pacientes com diabetes até pessoas com medula espinhal ou lesões cerebrais. Você diria que esse tipo específico de implante e tratamento pode se tornar universal em diferentes tipos de lesões ou condições? Expandir isso exigiria uma tecnologia fundamentalmente diferente ou é apenas uma questão de mapear ainda mais o cérebro?
Bouton: Depende de que parte do cérebro você está tentando alcançar. A questão à medida que mapeamos mais será “Temos a resolução?” Existem eletrodos suficientes? Eles estão próximos o suficiente? Eles têm precisão suficiente? Achamos que essa abordagem tem muito apelo porque você pode alcançar áreas mais profundas com mais segurança. E também podemos usar a mesma ideia de registrar e estimular, porque sabemos que você pode fazer isso em diferentes partes do cérebro. Isso já é conhecido.
Há muita ciência que precisa ser descoberta, mas já houve um trabalho feito em termos de estimulação do tronco cerebral profundo. Eles também usam esse tipo de eletrodo de profundidade, onde você estimula o cérebro para o mal de Parkinson. Agora, existem estudos sobre a estimulação de estruturas mais profundas, mesmo para transtorno obsessivo-compulsivo e depressão. Mas a gravação – muito disso foi focado na área motora, como o que fizemos. Em humanos, não houve tantas gravações de tantos locais diferentes quanto vimos com o estímulo. Portanto, há muito espaço para mais estudos. Acho que vamos aprender muito. E acho que vai abrir ainda mais portas, francamente.
Quer conversar sobre mais alguma coisa?
Bouton: Sempre tentamos pensar no caminho para o paciente. Como podemos levar os avanços científicos e tecnológicos no laboratório e como podemos levá-los ao longo de todo o caminho, até o paciente? Isso faz parte da missão, parte de estar em um sistema de saúde. Estamos muito focados no paciente. Mas mesmo no meu laboratório, com todos os nossos colaboradores, acho que todos temos a mesma missão, que é tentar levar isso para a clínica e levar para o paciente.
Então, pensamos sobre o caminho para o paciente e quais são os obstáculos. Você sabe, quais são as pedras no caminho e como podemos antecipar isso? Como podemos continuar navegando nisso, torná-lo seguro. É tudo uma questão de qualidade de vida. Esse é o outro comentário geral que eu faria. Estamos tentando fazer tudo o que podemos para melhorar a qualidade de vida, onde e quando possível, e aumentar a independência. Muitos participantes me disseram: “Só quero ser capaz de fazer mais coisas sozinho, sem ter que pedir ajuda”.
Isso realmente ressoou em mim ao longo dos anos. E é isso que estamos tentando fazer: ajudar as pessoas a fazerem mais coisas por conta própria, sem ter que pedir ajuda. Isso meio que coloca em uma perspectiva diferente.
Publicado em 21/09/2021 15h48
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