Homem controla perna biônica só com o cérebro

Zac Vawter no Centro de Reabilitação de Chicago | Foto: WSJ
Zac Vawter no Centro de Reabilitação de Chicago | Foto: WSJ

Num avanço que pode, futuramente, melhorar a mobilidade de milhares de pessoas amputadas, cientistas anunciaram que um homem de 32 anos conseguiu controlar os movimentos de uma perna artificial motorizada usando apenas seus pensamentos.

Ajudado por sensores que recebem impulsos dos nervos e músculos que antes levavam os sinais cerebrais para o joelho e o tornozelo, agora amputados, o paciente conseguiu subir e descer escadas e rampas, de uma forma bem parecida com a que fazia com a perna natural, seguindo as instruções vindas do cérebro. Um ponto importante: ele conseguiu flexionar o tornozelo da perna artificial, permitindo-lhe um andar quase normal, algo que não é possível com as próteses atuais.

“É [uma mudança da] água para o vinho” entre a perna biônica experimental e a prótese mecânica que ele usa todos os dias, disse Zac Vawter, engenheiro de software de Yelm, no Estado americano de Washington, que perdeu a perna direita num acidente de moto há quatro anos. “Para subir uma escada com a minha prótese normal, a minha perna boa tem que subir primeiro cada degrau”, acrescentou. “Com esta, posso subir e descer colocando um pé depois do outro.”

Hargrove é o autor principal de um relatório sobre a nova tecnologia publicado no final de setembro pelo "New England Journal of Medicine". | Foto: Divulgação
Hargrove é o autor principal de um relatório sobre a nova tecnologia publicado no final de setembro pelo “New England Journal of Medicine”. | Foto: Divulgação

Os pesquisadores disseram que Vawter é a primeira pessoa a conseguir controlar uma prótese desse tipo apenas com seus sinais cerebrais. Os dispositivos atuais mais avançados que incluem joelho e tornozelo exigem apertar um botão de controle remoto, digamos, no início de um lance de escadas para balançar a perna e subir o degrau, disse Levi J. Hargrove, pesquisador do Centro de Medicina Biônica do Instituto de Reabilitação de Chicago.

Para Vawter, disse Hargrove, “é tudo intuitivo. Ele pode subir ou descer uma escada com passos normais”.

Hargrove é o autor principal de um relatório sobre a nova tecnologia publicado no final de setembro pelo “New England Journal of Medicine”.

Há mais de um milhão de americanos amputados hoje, incluindo cerca de 1.600 soldados que voltaram das guerras no Iraque e no Afeganistão nos últimos dez anos depois de perder pelo menos um braço ou uma perna.

O atual projeto recebeu uma doação de US$ 8 milhões do exército americano, como parte de um esforço mais amplo para atender os soldados com ferimentos que prejudicam a vida normal, disse o coronel John Scherer, chefe de pesquisas de medicina clínica e de reabilitação do Comando de Pesquisas e Materiais Médicos do exército, em Fort Detrick, no Estado americano de Maryland. A meta do projeto da perna biônica é permitir que os jovens soldados possam “participar da vida” e até mesmo voltar a servir na ativa.

Zac Vawter ficou conhecido em novembro passado, quando subiu 103 lances de escada da Willis Tower, em Chicago, usando uma prótese na perna direita comandada por seu cérebro. | Foto: Reuters
Zac Vawter ficou conhecido em novembro passado, quando subiu 103 lances de escada da Willis Tower, em Chicago, usando uma prótese na perna direita comandada por seu cérebro. | Foto: Reuters

Os pesquisadores chamam o dispositivo de “biônico” devido à sua capacidade de interagir de forma inteligente com um ser humano. Apesar das costumeiras associações da tecnologia “biônica” com a força sobre-humana, a prótese “não precisa necessariamente ser forte”, disse Hargrove. “Ela precisa ser inteligente.”

Hargrove e seus colegas desenvolveram o sistema eletrônico para o aparelho, incluindo um algoritmo de software que recebe sinais de elétrodos ligados à pele da perna residual e os converte em movimentos do joelho e do tornozelo da prótese. Os elétrodos recebem os sinais de músculos ligados aos nervos na perna residual, inclusive os nervos que levam sinais cerebrais para o tornozelo, que foram implantados cirurgicamente no tendão do jarrete de Vawter logo após o acidente.

“Quando Zac quer tentar se mover”, explicou Hargrove, o cérebro envia sinais pela medula espinhal até os músculos que não foram danificados. “Temos elétrodos que estão ‘ouvindo’ esses sinais. O algoritmo então decodifica padrões” para descobrir o que ele está pensando, “convertendo os resultados em movimentos tais como esticar o joelho quando ele se senta, ou dobrar e estender o tornozelo.

Em experiências de laboratório envolvendo tipicamente de 700 a 1.000 passos, disse Hargrove, pequenos erros tais como arrastar o pé ocorreram em cerca de 2% dos passos com os sinais vindo do cérebro. Vawter não cometeu nenhum erro mais grave que pudesse resultar numa queda, disse ele.

A conquista “nos leva para mais perto do ponto onde teremos produtos comerciais robustos que utilizam sinais cerebrais da pessoa para permitir que ela caminhe”, disse Daniel Ferris, professor da escola de cinesiologia e do departamento de engenharia biomédica da Universidade de Michigan, que não participou da pesquisa atual.

Vawter se considera um piloto de testes para o dispositivo. Para ele, uma desvantagem é que a perna não é própria para correr, o que ele pode fazer com sua prótese convencional. No entanto, depois de testar a perna no Instituto de Reabilitação dos laboratórios de Chicago e caminhar pela cidade, ele tem que voltar para casa sem ela.

“Nunca é bom deixar para trás uma coisa tão sofisticada”, diz ele. “Estou ansioso para descobrir as melhorias que eles fizeram no software e ajudá-los a ampliar os limites do possível.”

Fonte: Wall Street Journal

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Passo Firme – 17/10/2013
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Conheça mais um ‘guerreiro’ que já comanda prótese de braço com sinais do cérebro

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Após a explosão, o cabo Sebastian Gallegos (foto) despertou para ver o sol de outubro cintilando na água, uma imagem tão adorável que ele achou que estava sonhando. Então algo chamou sua atenção, o arrastando de volta à dura realidade: um braço, boiando perto da superfície, com um elástico preto de cabelo em volta do seu pulso.

O elástico era uma recordação de sua esposa, um amuleto que ele usava em toda patrulha no Afeganistão. Agora, das profundezas de sua bruma mental, ele o observava flutuando como um pedaço de madeira em uma leve correnteza, preso a um braço que não estava mais ligado a ele. Ele foi vítima de uma explosão e estava no fundo de uma vala de irrigação.

Dois anos depois, o cabo se vê ligado a um tipo diferente de membro, um dispositivo robótico com motor eletrônico e sensores capazes de ler sinais de seu cérebro. Ele está no consultório de sua terapeuta ocupacional, levantando e baixando uma esponja enquanto monitora uma tela de computador, que rastreia os sinais nervosos em seu ombro.

Fechar a mão, levantar o cotovelo, ele diz para si mesmo. O braço mecânico levanta, mas a mão como garra abre, soltando a esponja. Tente de novo, instrui a terapeuta. Mesmo resultado. De novo. Engrenagens minúsculas chiam e sua testa enruga com o esforço mental. O cotovelo levanta e desta vez a mão permanece fechada. Ele respira aliviado.

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COMEÇAR DO ZERO – “Como um bebê, você pode segurar um dedo”, disse o cabo. “Eu tenho que reaprender.” Não é uma tarefa fácil. Dos mais de 1,57 mil militares americanos que tiveram braços, pernas, pés ou mãos amputados por ferimentos no Iraque ou Afeganistão, menos de 280 perderam membros superiores. As dificuldades deles no uso de próteses são em muitos aspectos muito maiores do que para aqueles que perderam membros inferiores.

Entre os ortopedistas, há um ditado: “as pernas podem ser mais fortes, mas braços e mãos são mais inteligentes”. Com um grande número de ossos, juntas e riqueza de movimento, os membros superiores estão entre as ferramentas mais complexas do corpo. Reproduzir suas ações com braços robóticos pode ser extremamente difícil, exigindo que os amputados entendam as contrações distintas dos músculos envolvidos em movimentos que antes faziam sem pensar.

Dobrar o braço, por exemplo, exige pensar na contração de um bíceps, apesar do músculo não existir mais. Mas o pensamento ainda envia um sinal nervoso que pode dizer à prótese para dobrar. Toda ação, de pegar um copo a virar as páginas de um livro, exige algum exercício do cérebro. “Há muita ginástica mental com as próteses de membros superiores”, disse Lisa Smurr Walters, a terapeuta ocupacional que trabalha com Gallegos no Centro para os Intrépidos, do Centro Médico Brooke do Exército, em San Antonio.

A complexidade dos membros superiores, entretanto, é apenas parte do problema. Apesar da tecnologia das próteses de pernas ter avançado rapidamente na última década, as próteses de braços têm sido mais lentas. Muitos amputados ainda usam ganchos movidos pelo corpo. E os braços eletrônicos mais comuns, dos quais a União Soviética foi pioneira nos anos 50, melhoraram com os materiais mais leves e microprocessadores, mas ainda são difíceis de controlar.

Aqueles que perdem membros superiores também precisam lidar com a perda crítica das sensações. O toque – a habilidade de diferenciar uma pele de bebê de uma lixa ou de dosar a força para segurar um martelo ou dar um aperto de mão – deixa de existir. Por todos esses motivos, quase metade daqueles que perdem membros superiores optam não pelo uso de uma prótese, mas por seguir em frente com apenas um braço. Em comparação, quase todos aqueles que perdem membros inferiores usam próteses.

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CIRURGIA – Mas Gallegos, 23 anos, faz parte de uma pequena vanguarda de militares amputados que está se beneficiando com os novos avanços na tecnologia de membros superiores. Este ano, ele foi submetido a uma cirurgia pioneira conhecida como “Reinervação Muscular Dirigida” (“Targeted Muscle Reinnervation”), que amplifica os sinais nervosos minúsculos que controlam o braço. Na prática, a cirurgia cria “soquetes” adicionais, nos quais os eletrodos da prótese podem ser conectados.

“Um maior número de soquetes lendo sinais mais fortes tornará o controle de sua prótese mais intuitivo”, afirma o Dr. Todd Kuiken, do Instituto de Reabilitação de Chicago, que desenvolveu o procedimento. Em vez de ter que pensar em contrair tanto o tríceps quanto bíceps apenas para fechar a mão em punho, o cabo poderá apenas pensar “fechar a mão” e os nervos apropriados poderão ser ativados automaticamente.

“Nos próximos anos, a nova tecnologia permitirá aos amputados sentir com suas próteses ou usar programas de reconhecimento de padrões para movimentar seus dispositivos mais intuitivamente”, disse Kuiken. E um novo braço em desenvolvimento pelo Pentágono, o DEKA Arm, é muito mais hábil do que o atualmente disponível. Mas para Gallegos, controlar sua prótese de US$ 110 mil (R$ 230 mil) após a cirurgia de reinervação continua sendo um desafio e provavelmente exigirá mais meses de exercícios tediosos. Por esse motivo, apenas os amputados mais motivados – superusuários, como são chamados – são autorizados a receber a cirurgia.

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O SERVIÇO MILITAR – O Corpo de Fuzileiros Navais (Marine Corps, em inglês) parecia ser o desafio perfeito para Gallegos, que cresceu no Texas, criado na pobreza principalmente por sua mãe divorciada. Ele amava a corporação e a corporação parecia amá-lo. Antes de ser enviado para o campo de batalha em 2010, ele foi nomeado líder de uma equipe de três e enviado para aprender pashtu básico, a língua do maior grupo étnico do Afeganistão.

Em outubro, Gallegos, estava caminhando na segunda posição em uma patrulha pelo distrito de Sangin quando pisou em um canal de irrigação, ouviu uma explosão e apagou. Quando despertou, ele se viu ancorado no fundo por sua armadura e armamento. Ele tentou se soltar com seu braço direito, sem perceber que ele tinha sido virtualmente partido abaixo do ombro.

No helicóptero de evacuação, o cabo vislumbrou seu braço intacto envolto em bandagens, o que lhe deu esperança de que os médicos conseguiriam reimplantá-lo. Essa esperança acabou no Centro Médico Brooke do Exército, onde ele deu início ao longo processo de recuperação. Sua postura, ele reconhece agora, foi negativa, influenciada por outro marine, que raramente usava sua prótese porque a considerava muito desconfortável.

Mas então Gallegos conheceu um amputado da Força Aérea que foi um dos primeiros em Brooke a receber a cirurgia de Reinervação Muscular Dirigida. O aviador o alertou que a reabilitação seria frustrante e dolorosa, mas que a recompensa seria imensa. “Não dava para perceber, a menos que olhasse atentamente para ele, que ele não tinha o braço”, disse Gallegos. “Então pensei: ‘Eu quero ser melhor do que ele’.”

Sebastian-5DIFICULDADES – Primeiro, ele teve que aprender a lidar com a dor do membro fantasma. Uma sensação pulsante como a de ter um torniquete apertado no braço, a dor às vezes é forte o bastante para manter o cabo preso à cama, o que o deixa incapaz de se concentrar ou conversar. “Ele vive com dor constante”, disse Tracie Gallegos, que está cursando enfermagem. “Mas ele não se queixa, porque não quer que as pessoas perguntem: ‘Você está bem?’ Essa pergunta realmente o incomoda.”

Com o passar do tempo, medicação e cirurgias reduziram a dor o suficiente para que ele voltasse a praticar com o braço robótico. Ele descobriu que o dispositivo é um enigma para o cérebro, frustrando seus esforços para fazê-lo obedecer. Mais de uma vez ele ameaçou atirá-lo pela janela.

Para motivá-lo nesses momentos, ele pensava em seus amigos marines. Ele então fez uma manga de silicone em tom de pele para sua prótese, gravada com os nomes de todos os 10 marines da Companhia Lima que morreram em Sangin. Agora, quando ele precisa de estímulo, ele olha para o braço – no local onde antes ele usava o elástico de cabelo de sua esposa– e recita todos os nomes deles como uma oração pessoal.

Quando ele começou a usar seus braços mecânicos por mais tempo a cada dia, seu protesista, Ryan Blanck, decidiu que Gallegos poderia estar pronto para a cirurgia de reInervação dirigida. O procedimento explora a capacidade natural dos músculos de amplificar os sinais nervosos. Ao redirecionar os nervos para os músculos saudáveis e redesenhar o tecido para deixá-los mais próximos dos sensores na prótese, o procedimento fortalece os sinais do cérebro e, consequentemente, a capacidade deles de controlar a máquina.

Ao usar o mesmo tipo de prótese que usava antes, Gallegos notou a diferença quase que imediatamente. Ele não mais precisava pensar tanto em contrair vários músculos: quando ele queria que o braço se movesse, ele se movia, mais rápido e com maior fluidez.

Mas isso não significava que ele se movia como ele queria. Ele ainda tem problemas com “linha cruzada”, quando certos nervos falam mais alto que outros. Se um nervo do pulso domina, por exemplo, um paciente pode ter que pensar em virar o pulso para poder fechar a mão. Mas com o uso repetido, os nervos passam a se entender e a necessidade de artifícios desaparece, disse Kuiken.

Apesar de todos seus ganhos com a prótese, Gallegos não superou o embaraço que sente quando usa seu braço robótico em público. Certa vez a mão se soltou em um restaurante lotado, assustando uma criança próxima. No escuro do cinema, os sons como do Exterminador do Futuro de seu braço provocam sussurros surpresos. E até hoje ele não veste camisas de manga curta em restaurantes. “Mesmo que esteja calor, eu visto uma jaqueta para evitar que olhem”, ele disse.

“Ainda há muita coisa complicada”, ele disse. “Eu ainda estou descobrindo dia a dia qual será o meu normal.” Por esse motivo, ele não faz maiores planos para o futuro, como fazia antes. Mantenha tudo simples, ele diz para si mesmo: saia da Corporação dos Marines. Vá para a faculdade. Aprenda a amarrar o sapato com uma mão robótica. E talvez, apenas talvez, se torne um atleta paraolímpico.

Veja o vídeo:

Fonte: UOL Notícias / Por The New York Times

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Passo Firme – 30.11.2012
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Recentemente, o Instituto de Reabilitação de Chicago (RIC) apresentou o caso do engenheiro de software Zac Vawter (foto), de 31 anos, o primeiro americano amputado de perna que conseguiu subir 103 andares de um dos maiores arranha-céus do mundo, o Willis Tower, antiga Sears Tower, em Chicago, com o uso de uma prótese biônica controlada pelo cérebro. Zac perdeu uma das pernas num acidente de moto em 2009.

Antes disso, o mesmo instituto americano havia apresentado Claudia Mitchell (foto), a primeira mulher a receber a tecnologia do “braço biônico”. Ela teve o braço esquerdo amputado até o ombro depois de um acidente de moto e agora consegue segurar um puxador de gaveta com sua mão artificial por meio do pensamento “segurar o puxador de gaveta”.

First "Bionic Woman" Demonstrates Thought-Controlled Prostheses

O fato de uma pessoa conseguir controlar com êxito vários e complexos movimentos de um membro postiço com seus pensamentos abre um mundo de possibilidades para os amputados. A estrutura, tanto cirúrgica quanto tecnológica, que torna esse feito possível é quase tão incrível quanto os resultados do procedimento.

Tanto Claudia Mitchell quanto Zac Vawter são exemplos de pacientes submetidos ao procedimento cirúrgico chamado “Targeted Muscle Reinnervation” nos EUA (Reinervação Muscular Dirigida ou Orientada), que redireciona os sinais do cérebro dos nervos cortados durante a amputação para músculos intactos, permitindo ao paciente controlar sua prótese intuitivamente.

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A TÉCNICA – A tecnologia do “braço biônico” é possível basicamente por causa de dois fatos da amputação. Em primeiro lugar, o córtex motor no cérebro (a área que controla movimentos voluntários dos músculos) ainda envia sinais de controle mesmo que certos músculos voluntários não estejam mais presentes para serem controlados. Em segundo lugar, quando os médicos amputam um membro, eles não removem todos os nervos que antes transmitiam sinais para esse membro.

Então, se o braço da pessoa foi amputado, existem nervos que terminam no ombro e simplesmente não têm mais lugar para enviar suas informações. Se essas terminações nervosas puderem ser redirecionadas para um grupo muscular que funcione, a pessoa pensa “segurar a maçaneta com a mão” e o cérebro envia os sinais correspondentes para os nervos que deveriam se comunicar com a mão, e esses sinais acabam no grupo muscular que funciona em vez de irem para as terminações do ombro.

TRM-7Redirecionar esses nervos não é uma tarefa simples. O Dr. Todd Kuiken (foto), do Instituto de Reabilitação de Chicago, é o criador da técnica denominada Targeted Muscle Reinnervation (TMR), ou Reinervação Muscular Dirigida. Os cirurgiões basicamente operam o ombro para ter acesso às terminações nervosas que controlam os movimentos das articulações do braço, como cotovelo, pulso e mão. Em seguida, sem danificar os nervos, eles redirecionam as terminações para um grupo muscular que funciona.

No caso do “braço biônico” do Instituto, os cirurgiões ligaram as terminações nervosas a um grupo de músculos peitorais. São necessários vários meses para que os nervos se juntem a esses músculos e se tornem totalmente integrados. O resultado final é um redirecionamento dos sinais de controle: o córtex motor envia sinais para o braço e mão através de ligações nervosas, como sempre fez, mas em vez de esses sinais acabarem no ombro, eles acabam no peito.

Para usar esses sinais no controle do braço biônico, a parafernália do Instituto coloca eletrodos na superfície dos músculos peitorais. Cada eletrodo controla um dos seis motores que movimentam as articulações do braço postiço. Quando a pessoa pensa “abrir a mão,” o cérebro envia o sinal de “abrir a mão” para o nervo apropriado, agora localizado no peito.

Quando as terminações nervosas recebem o sinal, o músculo peitoral em que estão ligadas se contrai. Quando o músculo peitoral responsável por “abrir a mão” se contrai, o eletrodo nesse músculo detecta a ativação e faz com que o motor que controla a mão biônica se abra. E como cada terminação nervosa está integrada a partes diferentes do músculo peitoral, uma pessoa com um braço biônico pode mover os seis motores ao mesmo tempo, o que resulta em uma série de movimentos bastante naturais para a prótese.

Fonte: Como Tudo Funciona / HowStuffWorks Brasil

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Passo Firme – 27.11.2012
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Homem-máquina – Até que ponto a tecnologia deve ser usada para melhorar a condição humana?

O caso do Zac Vawter (foto) reascende um debate que começa a ganhar mais força com o avanço da ciência. Até que ponto a tecnologia deve ser usada para melhorar a condição humana?

O engenheiro de software americano Zac Vawter, de 31 anos, perdeu uma das pernas num acidente de moto em 2009. Primeiro homem a ter uma prótese biônica controlada pelo cérebro, ele realizou um feito e tanto na semana passada, quando subiu os 103 andares de um dos maiores arranha-céus do mundo, o Willis Tower, antiga Sears Tower, em Chicago.

A primeira vista, a conquista de Vawter não é o tipo de notícia que traz consigo alguma preocupação, muito pelo contrário: um amputado conseguiu superar seus limites graças ao avanço da tecnologia. Mas basta alterar um pouco o cenário para ver que esse tipo de acontecimento vai levar a sociedade a um debate com implicações sociais e éticas gigantescas: imagine que a prótese Vawter evolua a ponto de torná-lo tão competitivo quanto um atleta olímpico, e mais que isso, que um homem com prótese biônica conquiste uma medalha numa Olímpiada tradicional.

Em Londres 2012, o mundo pôde acompanhar uma prévia desse cenário, quando o sul-africano Oscar Pistorius (foto) se tornou o primeiro amputado das duas pernas a participar da corrida de 400 metros de uma Olimpíada. Ainda que alguns especialistas defendam que as próteses de fibra de carbono lhe deem uma vantagem em relação aos demais competidores, a discussão não ganhou ares de momento histórico porque o desempenho de Pistorius foi apenas razoável: acabou em último numa das baterias das semifinais.

Enquanto as modificações médicas resultarem apenas a um retorno à qualidade de vida inicial, é seguro imaginar que o debate continuará a ser marginal. Mas ele tende a se alterar profundamente assim que uma modificação acabe melhorando e superando a condição inicial. Há um grupo cada vez maior de cientistas e intelectuais, os chamados transumanistas, que defendem exatamente isso: o uso da tecnologia e da ciência para superar os limites do corpo humano, independentemente de ele ter ou não uma deficiência.

Pense em um olho biônico. Você trocaria seu olho saudável por um implante biônico que lhe dê funcionalidades extras, como enxergar raios ultravioletas e melhorar a visão noturna? O transumanismo advoga a favor dessas mudanças. Em seu extremo, a meta de quem defende essa filosofia é conquistar a imortalidade. Como diz o prórpio nome, a ideia é transcender os limites humanos.

O desafio ético e suas ameaças

Um dos principais proponentes do transumanismo é o filósofo Nick Bostrom (foto), da Universidade de Oxford, criador da Associação Transumanista Mundial, fundada em 1998. Ele tem focado muito do seu trabalho na discussão ética do uso da ciência para melhorar a condição humana. “Nós estamos finalmente entrando na fase construtiva quando perguntamos não se um melhoramento biomédico é um bem geral – sim ou não –, mas questões tais como: Quais melhoramentos em particular vale a pena perseguir? Como superar as muitas dificuldades técnicas? Quais tipos de mudanças sociais e regulatórias podem ser necessárias?”, disse ele em uma entrevista à revista Filosofia.

Outros veem a chegada da era trasumanista com preocupação. O filósofo Francis Fu¬kuyama, da Universidade Johns Hopkins, diz que é “das ideias mais perigosas do mundo”. A ideia de igualdade de direitos, argumenta, está sus¬tentada na crença de que todos possuímos uma essência humana que se manifesta de diferentes formas. “Se começarmos a nos transformar em algo superior, que direitos essas criaturas melhoradas vão reivindicar, e que direitos elas terão quando comparadas com aqueles que ficaram para trás?”, escreveu, na revista Foreign Policy. “Essas questões são preocupantes dentro das sociedades ricas e desenvolvidas. Adicione as implicações para os cidadãos dos países mais pobres – para quem as maravilhas da biotecnologia provavelmente vão estar fora de alcance – e a ameaça à idéia de igualdade se torna ainda mais ameaçadora.”

Há cada vez mais ciborgues – parte cibernéticos, parte orgânicos –, como eles próprios gostam de se chamar, andando por aí. Conheça quatro famosos ciborgues da nossa era:

Rob Spence perdeu o olho direito após um acidente com uma arma, aos 13 anos. Inicialmente, ele usou uma protése, até que, em 2008, decidiu colocar uma espécie de olho-câmera: uma protése equipada com um transmissor wireless que manda as imagens capturadas em tempo real para uma tela remotamente. Cineasta, ele rodou o mundo atrás dos últimos avanços da tecnologia e fez um documentário sobre os ciborgues atuais. Mais sobre ele em seu site, http://eyeborgproject.com/
Kevin Warwick se intitula o primeiro ciborgue do mundo. Cientista e professor de cibernética da Universidade de Reading, na Inglaterra, Warwick faz experimentos com o próprio corpo. Num deles colocou um microchip conectando o corpo a um computador. Com isso, conseguiu ligar a luz ou abrir as portas da própria casa apenas com a sua presença. Ele também trabalha num projeto de mão biônica e de cérebro artificial. Mais informações em http://www.kevinwarwick.com/
Jerry Jalava, um programador finlandês, perdeu parte do dedo indicador da mão esquerda num acidente de moto. Ele decidiu construir sua próprioa prótese: e aí surgiu a ideia de um dedo pen drive. A protéste tem 2GB de capacidade de armazenamento. A história foi divulgada mais tarde, quando o próprio Jerry enviou fotos de seu dedo cibernético a um site de design
Jesse Sullivan foi o primeiro homem a utilizar protéses biônicas para os braços, controladas pelo cérebro. Ele mexe os dois braços robôs apenas com a força do pensamento. A tecnologia foi desenvolvida pelo mesmo time responsável pela prótese de Zac Vawter (citado na abertura da reportagem acima), o primeiro a receber uma perna biônica

Fonte: Gazeta do Povo

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Tecnologias que farão de nós ciborgues na próxima década

Passo Firme – 14.11.2012
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“Reinervação muscular dirigida” – será este o futuro que a tecnologia biônica reserva para milhões de amputados em todo o mundo?

Saiba um pouco mais sobre a “reinervação muscular dirigida”, técnica cirúrgica que permitiu ao Zac Vawter subir aquele arranha-céu nos EUA usando uma prótese biônica controlada pelo cérebro. O procedimento cirúrgico, chamado “Targeted Muscle Reinnervation” nos EUA, redireciona os sinais do cérebro dos nervos cortados durante a amputação para músculos intactos, permitindo ao paciente controlar sua prótese intuitivamente. A técnica já é bastante utilizada em pacientes com amputação de membros superiores, mas atualmente está em desenvolvimento para amputados transfemurais, como o Zac Vawter. O feito alcançado no último domingo reabre as discussões se este é realmente o futuro que a tecnologia biônica reserva para milhões de amputados em todo o mundo.

Novas perspectivas para as próteses biônicas

Por Aimee Schultz *

Ao longo das últimas décadas, vimos robôs criados com espantosa capacidade: robôs humanóides que podem subir e descer escadas; robôs que podem vagar em Marte, coletar amostras e enviar imagens para a Terra; e até mesmo robôs que são utilizados para ajudar a realizar cirurgias. Com toda a incrível tecnologia robótica que nos rodeia, por que os membros protéticos (usados atualmente para substituir braços e pernas humanos) não são mais próximos da realidade?

De fato, muitos avanços surpreendentes em tecnologia prótese têm sido feitos nos últimos anos, com mais andamento. Infelizmente, porém, as próteses ainda não atingiram o nível do braço (foto) impecável de Luke Skywalker em Star Wars. Por quê? Uma razão é que não temos meios para que as pessoas contar às suas próteses o que fazer de forma natural e intuitiva.

Em geral, os robôs são ambos controlados através de controle remoto ou programados para executar tarefas em determinado momento. A prótese, no entanto, não pode ser pré-programada – como poderíamos saber quando alguém quer tomar um copo de água, ou começar a subir as escadas? – E um controle remoto teria uma grande quantidade de concentração, assim como a utilização constante de uma ou ambas as mãos.

Atualmente os braços protéticos são controlados de duas maneiras. Uma delas é através da utilização de movimentos do corpo, tais como encolhendo os ombros, o que ativa uma série de cabos que podem operar a mão, punho ou cotovelo protético. Estas próteses são chamadas de “corpo-powered”. A outra maneira é por meio da ‘leitura’ de pequenos sinais elétricos gerados pelos músculos restantes quando se contraem, o que permite controlar um braço motorizado.

Estes sinais musculares são lidos por pequenas antenas elétricos chamadas de eletrodos. Por exemplo, alguém que amputou o braço acima do cotovelo pode utilizar os seus bíceps e tríceps para controlar a mão protética. A prótese pode ser programada para interpretar os sinais a partir do músculo do bíceps para “abrir a mão” e os sinais a partir do músculo do tríceps para “fechar a mão.” Estas são chamadas de “próteses mioelétricas.”

Designers de próteses mioelétricas têm um importante problema para resolver. Há muitos movimentos para controlar e músculos insuficientes para a execução dessas tarefas. Tomemos o exemplo acima: se os músculos bíceps e tríceps são usados para abrir e fechar a mão, que músculos podem enviar os sinais para dobrar e esticar o cotovelo? E se a mão precisa girar para os lados a fim de pegar um objeto, como é que o usuário pode dizer a ela que faça isso?

Pesquisadores têm tentado muitas maneiras de resolver esses problemas. Eles implementaram vários tipos de interruptores, ou instruído aos usuários executar combinações de contrações musculares para atuar como um interruptor. No entanto, a ausência de sinais de controle disponíveis tornam a execução desses movimentos extremamente difícil tecnologia prótese.

O Centro de Engenharia Neural para membros artificiais do Instituto de Reabilitação de Chicago (RIC) está focado neste problema de controle de próteses. Os centros de laboratório em torno de uma técnica cirúrgica chamada “Targeted Muscle Reinnervation” (TMR), ou “Reinervação muscular dirigida”. O objetivo da cirurgia TMR é utilizar os comandos do cérebro que ainda tentam atingir o membro em falta. Estes comandos viajam até os nervos que foram cortados durante a amputação e não são mais recebidos pelos músculos. Se esses nervos são ligados a sites musculares diferentes, eles podem causar esses outros músculos a se contrair, produzindo os sinais usados para controlar a prótese mioelétrica.

O primeiro paciente submetido à TMR foi um homem que perdeu os dois braços à altura do ombro em um acidente elétrico. Sem armas, os músculos do peito eram inúteis para ele. Então, no seu lado esquerdo, eles cortaram os nervos que correram para os músculos do peito e ligaram aos nervos que já havia ido para o braço. Depois de alguns meses, as tentativas de mover o seu braço esquerdo e a falta contrações dos músculos do peito foram de encontro com as diferentes contrações ocorrendo para flexão do cotovelo e demais movimentos da mão.

Em seguida, usando um número ainda maior de eletrodos de superfície para ler as contrações musculares, os pesquisadores foram finalmente capazes de dizer a diferença entre as tentativas de movimentos do cotovelo, punho e mão, incluindo diferentes tipos de mão segura. A técnica ajudou não apenas no problema do controle, possibilitando ao paciente mover diferentes articulações de forma independente, mas também permitiu ao paciente controlar a prótese de forma intuitiva. Suas tentativas de mover o braço inexistente resultou em movimentos semelhantes da prótese.

O trabalho segue em andamento para aperfeiçoar o controle mioelétrico. Ao invés de usar sítios musculares individuais para controlar cada movimento, um computador pode ser programado para reconhecer os diferentes movimentos a partir do padrão de sinais elétricos gravados oriundos dos músculos reinervados. Não se exige que os sinais musculares sejam perfeitamente isolados, havendo adaptação automática a sinais extras, tais como o coração, por exemplo.

Além disso, não é necessária a colocação de eletrodos para ser exato, como fariam com controle convencional, porque o sistema é treinado novamente cada vez que o sistema é utilizado. Essa tecnologia, chamada de “reconhecimento de padrões”, atualmente só é usada como uma ferramenta de pesquisa. No entanto, é possível que um dia ela possa ser incorporada em dispositivos protéticos para controle ainda mais preciso.

Uma nova melhoria das tecnologias protéticas pode ser possível em resultado adicional e inesperado de cirurgia de TMR. Vários meses depois de seu procedimento, o primeiro paciente submetido à reinervação muscular relatou aumento de sensibilidade em sua pele do peito, um dos locais afetados pela intervenção. Quando é tocado em seu peito é como se estivesse sendo tocado em seu braço perdido. Outras investigações mostraram que os pacientes são capazes de perceber diferentes temperaturas, nitidez de objetos, vibrações, e as pressões sobre a sua pele no local da reinervação, como se todos esses estímulos fossem redirecionados para o membro em falta.

Os pesquisadores foram capazes de “mapear” estas percepções, ou ver quais locais na pele sobre os músculos reinervados correspondem ao dedo mindinho, ao antebraço, à palma da mão, etc. Surpreendentemente, esses mapas parecem manter-se estáveis ao longo do tempo. Ao aprender mais sobre essas percepções, esperamos um dia fornecer feedback da prótese biônica, que permitirá ao usuário “sentir” com seu braço artificial, como se fosse a sua própria mão. Isso pode ser um longo caminho para melhorar a capacidade dos pacientes para controlar suas próteses, e até mesmo melhorar a sua qualidade de vida.

* Artigo publicado na Science in Society, uma iniciativa da Northwestern University de conectar a ciência à comunidade.

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Passo Firme – 06.11.2012
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Ele conseguiu!

O engenheiro fez uma pausa depois de subir os 103 lances de escada usando uma prótese controlada pelo cérebro

Amputado sobe 103 lances de escada com prótese ‘comandada’ pelo cérebro

Ele conseguiu! O engenheiro de software Zac Vawter (foto), de 31 anos, subiu neste domingo (4) os 103 lances de escada da Willis Tower usando uma prótese na perna direita comandada por seu cérebro, conforme prometido.

Detalhe: o prédio, a antiga Sears Tower, tem mais de 400 metros de altura e já foi o mais alto do mundo. Segundo o Centro de Reabilitação de Chicago, esta é a primeira perna biônica do mundo.

Vawter perdeu a parte inferior da perna num acidente de motocicleta e decidiu virar “cobaia” da nova prótese. Para comandá-la, ele pensa no movimento que quer fazer e o equipamento responde, estimulado por sinais elétricos dos músculos que restaram no membro.

Para ajustar a prótese, o engenheiro passou horas calibrando os movimentos, ligado a eletrodos. Seu comando sobre a perna mecânica só é possível porque em 2009, quando sofreu o acidente, o médico que fez a amputação posicionou as pontas dos nervos cortados de uma forma que permitisse a conexão de sensores.

De acordo com o Centro de Reabilitação de Chicago, o Centro de Medicina Biônica da instituição desenvolveu tecnologia que permite a pessoas amputadas, como é o caso de Vawter, a controlar melhor as próteses com o cérebro.

Veja algumas fotos da aventura abaixo:

Vawter comemora após subir de escada a Willis Tower, que já foi o maior prédio do mundo.
(Foto: John Gress/Reuters)