image: The non-invasive closed-loop neurorehabilitation protocol: I) EEG: Electroencephalography, non-invasive brain-recording. II) Brain-machine interface: real-time decoding of motor intentions. III) The left or right leg muscles are stimulated to trigger the stepping. IV) sFES: surface functional electrical stimulation of 16 lower-limb-muscles, 8 in each-leg. V) Detection of the-patient's leg trajectory and real-time correction of the stimulation amplitude. VI) The subject receives haptic feedback on the forearms representing the swinging of the legs and visual neurofeedback (real-time detection of brain signals). view more
Credit: Walk Again Project - Associação Alberto Santos Dumont para Apoio à Pesquisa
Em mais uma descoberta clínica inédita do Projeto Andar de Novo - consórcio internacional sem fins lucrativos que visa o desenvolvimento de novos protocolos de neuroreabilitação, tecnologias e terapias para a lesão medular - dois pacientes paraplégicos recuperaram a habilidade de andar com assistência mínima, através do uso de uma interface cérebro-máquina totalmente não invasiva, que não requer nenhum tipo de procedimento cirúrgico invasivo da medula espinhal. Os resultados deste estudo foram publicados na edição do dia 1 de maio da revista Scientific Reports.
Dois pacientes com paraplegia (AIS C) utilizaram atividade elétrica cerebral para controlar a estimulação elétrica não invasiva de 16 músculos (oito em cada perna), permitindo a produção de uma marcha mais fisiológica do que havia sido anteriormente reportado com esta técnica, requerendo como aparatos assistivos apenas um andador convencional e um sistema de suporte de peso. No geral, os dois pacientes foram capazes de produzir mais de 4.500 passos utilizando esta nova tecnologia, que combina uma interface cérebro-máquina não invasiva, baseada em 16 canais de EEG, para controlar um sistema de estimulação elétrica funcional (FES) multicanal, desenvolvido para produzir um padrão de marcha muito mais suave que o produzido pela melhor versão desta técnica.
"O que nos surpreendeu foi que, além de permitir que os pacientes andassem com pouca ajuda, a prática com este novo método possibilitou que um dos pacientes apresentasse uma melhora motora clara. Foram necessárias aproximadamente 25 sessões para que os pacientes pudessem ter o domínio da técnica antes que eles conseguissem andar utilizando este aparato", disse Solaiman Shokur, um dos autores deste estudo.
Os dois pacientes que usaram este novo método de reabilitação tinham previamente participado de um estudo de neuroreabilitação de longo prazo realizado com o protocolo de Neuroreabilitação do Projeto Andar de Novo (WANR). Conforme reportado em uma recente publicação da mesma equipe (Shokur et al., PLoS One, Nov. 2018), todos os sete pacientes que participaram daquele protocolo, pelo período de 28 meses, melhoraram o seu estado clínico: de paraplegia completa (AIS A ou B, ou seja, sem funções motoras abaixo do nível da lesão) para paraplegia parcial (AIS C, ou seja, recuperação parcial das funções sensoriais e motoras abaixo do nível da lesão). Esta melhora neurológica significativa incluiu melhoras clínicas importantes na discriminação sensorial (tátil, nociceptiva, vibração, e pressão), no controle voluntário motor do abdome e músculos dos membros inferiores, e ganhos importantes no controle autonômico como as funções urinárias, intestinais, e sexuais.
"Os últimos dois estudos publicados pelo Projeto Andar de Novo indicaram claramente que uma recuperação neurológica parcial e funcional pode ser induzida em pacientes com lesão medular através da combinação de múltiplas tecnologias não-invasivas que são baseadas no conceito do uso de interface cérebro-máquina para controlar diferentes tipos de atuadores, como avatares virtuais, andadores robóticos, ou aparatos de estimulação muscular, para permitir o envolvimento completo dos pacientes em suas rotinas de reabilitação", disse Miguel Nicolelis, diretor científico do Projeto Andar de Novo e um dos autores deste estudo.
Em uma recente publicação de outro grupo de pesquisa, um paciente AIS C e dois pacientes AIS D foram capazes de andar graças ao uso de um método invasivo de estimulação elétrica da medula espinhal, que requereu um procedimento cirúrgico da medula. Em contraste, no presente estudo dois pacientes AIS C - que originalmente eram AIS A (veja o Material Suplementar abaixo) - e um terceiro paciente AIS B, que recentemente alcançou resultados similares, foram capazes de recuperar um nível significativo de marcha autônoma sem a necessidade de tratamentos invasivos. Ao contrário, esses pacientes receberam somente estimulação elétrica aplicada na superfície da pele de suas pernas, atingindo um total de oito músculos em cada perna, com o objetivo de gerar uma sequência de marcha fisiologicamente correta. Isto foi feito para produzir um padrão de locomoção mais suave e mais natural.
"Crucial para esta implementação, foi o desenvolvimento de um controlador de circuito fechado que permitiu a correção em tempo real do padrão de marcha dos pacientes, levando-se em consideração a fadiga muscular e perturbações externas, para produzir uma trajetória de marcha pré-definida. Outro componente importante para o nosso método foi a utilização de um aparato háptico para prover feedback tátil nos antebraços dos pacientes, oferecendo a eles uma fonte contínua de feedback proprioceptivo relacionado à caminhada, disse Solaiman Shokur.
Para controlar o padrão de estimulação elétrica de cada perna, estes pacientes utilizaram uma interface cérebro-máquina baseada em EEG. Nesta configuração, os pacientes aprenderam a alternar a geração de imagem motora de passos em seus córtices motores direito e esquerdo, para criar movimentos alternados de suas pernas esquerda e direita.
De acordo com os autores, os pacientes exibiram não somente uma "menor dependência na assistência para a caminhada, mas também recuperação neurológica parcial, com melhora motora substancial em um deles." A melhora no controle motor neste último paciente AIS C foi de 9 pontos no score motor do membro inferior (LEMS), um valor comparável àquele observado no estudo que se valeu da estimulação invasiva da medula espinhal.
Baseado nos resultados obtidos ao longo dos últimos 5 anos, o Projeto Andar de Novo pretende combinar todas as suas ferramentas de neuroreabilitação em uma única plataforma integrada, não invasiva, para tratar pacientes com lesão medular. Esta plataforma possibilitará pacientes a iniciar o treinamento assim que a lesão acontecer. Isto vai também permitir o emprego de uma interface cérebro-máquina multidimensional integrada, capaz de controlar simultaneamente atuadores virtuais e robóticos (como um exoesqueleto de membro inferior), um sistema de estimulação elétrica de multicanais não invasivo (como o FES usado no presente estudo), e uma nova técnica de estimulação não invasiva da medula espinhal. Nesta configuração final, a plataforma do Projeto Andar de Novo vai incorporar todas estas tecnologias juntas para maximizar a recuperação neurológica e funcional no menor tempo possível, sem a necessidade de nenhum procedimento invasivo.
De acordo com o Dr. Nicolelis, "não há uma única técnica capaz de tratar as lesões da medula espinhal. Cada vez mais parece que, para alcançar os melhores resultados na neuroreabilitação, nós precisamos implementar múltiplas técnicas simultaneamente. Neste contexto, é imperativo considerar a ocorrência de plasticidade cortical como um dos principais componentes no planejamento de nossa abordagem de reabilitação."
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Os outros autores deste artigo são Aurelie Selfslagh, Debora S.F. Campos, Ana R. C. Donati, Sabrina Almeida, Seidi Y. Yamauti, Daniel B. Coelho, Mohamed Bouri. Este projeto foi desenvolvido através de uma colaboração entre o Laboratório de Neuroreabilitação da Associação Alberto Santos Dumont para Apoio à Pesquisa (AASDAP), sede do Projeto Andar de Novo, o Laboratório de Biomecânica e Controle Motor da Universidade Federal do ABC (UFABC), e o Laboratório de Sistemas Robóticos do Instituto Suíço de Tecnologia de Lausanne (EPFL). Este estudo foi financiado com recursos concedidos à AASDAP pela Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) 01.12.0514.00, Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovação e Comunicação (MCTIC).
Material Suplementar:
https://www.youtube.com/watch?v=AZbQeuJiSOI
Pesquisas científicas referenciadas:
https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0206464
https://www.nature.com/articles/s41598-019-43041-9
Journal
Scientific Reports