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Em 2011, Gert-Jan Oskam perdeu a capacidade de andar. Doze anos depois, neurocientistas da École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), na Suíça, o ajudaram a se reerguer.

Oskam, que sofreu uma lesão traumática na coluna cervical em um acidente de bicicleta, recuperou o controle de suas pernas com a ajuda de cientistas do centro de pesquisa NeuroRestore da EPFL, liderado por Grégoire Courtine, professor de engenharia de ciências da vida. Courtine e seus colaboradores, que pesquisam e desenvolvem neurotecnologias para assistência física e reabilitação, implantaram em Oskam um dispositivo que repõe parcialmente as funções perdidas em sua coluna danificada.

Em um artigo recente publicado em 24 de maio na Nature Neuroscience, Courtine e seu grupo apresentam os detalhes da recuperação de Oskam. Lesões como as que Oskam experimentou são o resultado de danos ao tecido da coluna vertebral de uma pessoa, cortando a comunicação neural do cérebro para o resto do corpo. Sem essa ligação entre os sistemas nervoso e muscular, uma pessoa não seria capaz de se mover como pretende. No caso de Oskam, a lesão na coluna cervical desconectou efetivamente o cérebro das pernas, o que o impediu de andar.

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A pesquisa de Courtine apresenta uma solução para esse problema na forma de uma interface cérebro-espinha, ou BSI. O BSI funciona em duas etapas. Primeiro, uma interface cérebro-computador mede a atividade neural de eletrodos colocados na superfície do cérebro de Oskam. A atividade cerebral associada ao controle das pernas, decodificada por um modelo de aprendizado de máquina treinado para reconhecê-lo, é então usada para controlar um conjunto separado de eletrodos implantados na coluna de Oskam. Este estimulador espinhal ativa grupos de neurônios que conduzem movimentos de caminhada natural. Em outras palavras, o BSI preenche a lacuna de comunicação no sistema nervoso de Oskam resultante de sua lesão, devolvendo-lhe a capacidade de andar. Com o novo sistema, ele agora pode caminhar mais de 200 metros em um dia e ficar em pé por 3 minutos sem usar um andador para se apoiar.

A equipe da EPFL implantou dispositivos acima da região do cérebro responsável pelo controle dos movimentos das pernas, que decodificam os sinais elétricos gerados pelo cérebro quando o paciente pensa em caminhar.EPFL

Oskam participou da pesquisa anterior desse mesmo grupo, desenvolvendo a tecnologia de estimulação espinhal usada no BSI atual. Dispositivos anteriores foram capazes de recriar movimentos de caminhada natural nas pernas de Oskam, coordenando a contração de muitos grupos musculares em seus quadris, coxas, panturrilhas e pés. Embora esse movimento parecesse um tanto natural para Oskam, o sistema de controle do dispositivo original não: para iniciar movimentos de passo, o sistema observava pequenas contrações que Oskam ainda era capaz de fazer sobre o quadril direito e então movia as pernas de acordo.

Jimmy Ravier/EPFL

A adição da interface cérebro-computador para completar o sistema BSI torna os controles de caminhada muito mais intuitivos. Em entrevista coletiva, Oskam comentou sobre a melhora afirmando que no sistema antigo, "a estimulação estava me controlando. Agora estou controlando a estimulação".

Outro benefício fornecido pelo BSI é um grau de reparação do tecido danificado na coluna de Oskam. Depois de aprender a usar o sistema de estimulação por um período de semanas e meses, Oskam e os pesquisadores descobriram que ele estava recuperando a capacidade de mover as pernas sem a ajuda do dispositivo. Eles viram essa recuperação pela primeira vez quando Oskam aprendeu a usar seu sistema estimulador inicial acionado pelo quadril, mas viram uma cura substancialmente maior da coluna com a adição do controle acionado pelo cérebro.

Essa recuperação, de acordo com a equipe de pesquisa, é impulsionada pelo dispositivo que restabelece o comportamento coordenado dos neurônios transmitindo e lendo a partir da seção danificada da coluna vertebral. Quando os neurônios localizados proximalmente são ativados de forma confiável em momentos semelhantes, nosso sistema nervoso tende a conectá-los. No caso de Oskam, o sistema BSI estimulou neurônios na coluna abaixo da lesão, mas os neurônios acima do tecido danificado ainda estavam disparando porque ainda estão conectados às partes do cérebro que iniciam e controlam o movimento da perna. "O mecanismo detalhado não sabemos, mas a ideia é que o circuito sensório-motor está fechado", diz Courtine. "Ele está tentando ativar uma região com seus caminhos naturais que também são estimulados ao mesmo tempo. Essa cooperação entre os caminhos naturais e digitais provavelmente está impulsionando o crescimento das projeções."