Interface Cérebro Máquina para o Controle do Movimento Baseado em Estimulação Elétrica Funcional

Tuesday, 14 de May de 2019

As estratégias de reabilitação para pacientes com Lesão Medular (LM) não passaram por muitas modificações nas últimas décadas. A LM é uma condição na qual o indivíduo perde a capacidade de estabelecer conexão (ou movimento) com as áreas corporais que são inervadas por regiões da medula localizadas abaixo da lesão. Como podemos ver na figura abaixo, a altura da lesão determina o grau de perda motora e sensitiva, de modo que quanto mais próximo ao crânio, mais grave são as consequências motoras e sensitivas.

Uma das afirmativas principais na reabilitação de pacientes com LM era que, uma vez rompida a conexão da medula, os movimentos e respostas sensitivas não seriam recuperados. No entanto, estudos recentes têm mostrado que isso não é totalmente verdade. Um dos principais desafios da neurorreabilitação é justamente restabelecer o loop da coordenação dos movimentos voluntários. É chamado como loop motor a alça na qual o movimento surge no cérebro, passa pelo trato córtico espinal (Figura abaixo), vai até o músculo que realiza o movimento e retorna ao cérebro como feedback, para que o indivíduo receba a informação sensorial do movimento realizado.

Um dos principais desafios para restabelecer esta conexão é justamente devolver o feedback tátil, ou seja: devolver a sensação de movimento para o indivíduo que possui LM. Diversos estudos já mostraram o efeito do feedback tátil na reabilitação motora e sugerem que a melhor estratégia para promover uma reabilitação motora duradoura e eficaz é a utilização de algum tipo de feedback [1-3]. Neste sentido, um estudo publicado em maio deste ano [4] propôs uma Interface Cérebro Máquina (ICM) para reabilitação e treino de marcha em dois pacientes com LM.

Neste estudo foi proposto uma ICM que utiliza sinais cerebrais cerebrais de imagética motora a partir de um Eletroencefalograma (EEG) para promover e controlar a marcha a partir de Estimulação Elétrica Funcional (Do Inglês “FES”, Functional Electrical Stimulation). A FES é uma técnica bastante utilizada na reabilitação por fisioterapeutas. Através da emissão de pulsos elétricos a partir de um eletrodo posicionado logo acima do músculo, é possível realizar a contração muscular.

Sempre foi um desafio utilizar a FES para reestabelecer a marcha, uma vez que este é um movimento complexo que necessita de uma sincronização muscular única para cada indivíduo. Na imagem abaixo é possível observar um esquema da marcha, com suas fases e divisões.

Já foi falado que na ICM utilizada no artigo em questão foi utilizado a imagética motora. Mas você sabe o que é imagética motora? Esta técnica tem sido utilizada há décadas para classificar e promover a reabilitação motora em diversos tipos de protocolos científicos. Nada mais é do que imaginar-se realizando algum movimento (como pode ser observado na figura A abaixo). A imagética motora quando realizada durante o registro do sinal de EEG resulta no gráfico B da imagem abaixo, onde os eletrodos localizados logo acima da região motora do cérebro conseguem classificar quando um indivíduo está imaginando o movimento da mão esquerda ou direita, por exemplo.

Agora que você já sabe o que é cada parte da ICM realizada pelo artigo em questão, vamos explicá-lo com maiores detalhes.

I - O sinal cerebral referente a imagética motora foi registrado a partir de um EEG.

II - Classificação do sinal registrado a partir de um algoritmo computacional. Este algoritmo teve como objetivo classificar o sinal de EEG em imagética motora do movimento da perna esquerda, direita e descanso.

III e IV - Uma vez classificado o sinal, é deliberado o pulso de estimulação do FES para o membro no qual foi imaginado pelos indivíduos. A estimulação por FES foi sincrônica e baseada nos padrões da própria marcha.

V - Detecção da trajetória do movimento da perna em tempo real e correção da amplitude de estimulação, de forma dinâmica.

VI - Feedback tátil a partir de estimulação no antebraço (o antebraço esquerdo recebeu estimulação quando a perna esquerda realizou o movimento com FES, enquanto o braço direito para o movimento da perna direita) e neurofeedback visual dos padrões de onda cerebral do próprio sujeito.

Referências:

[1] - Lieberman, J., & Breazeal, C. (2013). U.S. Patent No. 8,475,172. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.

[2] - De Castro, M. C. F., & Cliquet, Jr, A. (2000). Artificial sensorimotor integration in spinal cord injured subjects through neuromuscular and electrotactile stimulation. Artificial Organs, 24(9), 710-717.

[3] - Hagiwara, Y., Takeda, K., Yamamoto, S., & Saito, Y. (2018, September). Hand Sensory Rehabilitation System Which Incorporated Visual and Tactile Feedback. In 2018 12th France-Japan and 10th Europe-Asia Congress on Mechatronics (pp. 346-351). IEEE.

[4] - Selfslagh, A., Shokur, S., Campos, D. S., Donati, A. R., Almeida, S., Yamauti, S. Y., ... & Nicolelis, M. A. (2019). Non-invasive, Brain-controlled Functional electrical stimulation for Locomotion Rehabilitation in Individuals with paraplegia. Scientific reports, 9(1), 6782.

The content published here is the exclusive responsibility of the authors.

Autor:

Lucas Galdino

#neuroscience #eegnirscombined #eeglatam #nirsbcineurofeedback #neuroscience #eegnirscombined #eeglatam #nirsbcineurofeedback