Cientistas criam maneira de controlar cadeira de rodas pelo pensamento

segunda-feira, 7 de março de 2016

Cientistas criam maneira de controlar cadeira de rodas pelo pensamento

Conclui-se que a nova tecnologia envolvendo interfaces, cérebro-máquina poderiam beneficiar os seres humanos que vivem com paralisia motoras e doenças neuronais.

Um par de macacos aprenderam a controlar uma cadeira de rodas robótica apenas pelo pensamento, usando eletrodos implantados em seus cérebros.

Os cientistas foram capazes de descodificar sinais neurais dos animais e transformá-los em comandos para a cadeira de rodas, permitindo que os macacos a atravessar de carro uma sala para recuperar uvas de um distribuidor de dois metros de distância.

Liderada pelo professor Miguel Nicolelis, da Universidade Duke, na Carolina do Norte, os experimentos são o mais recente desenvolvimento na tecnologia crescente de "interfaces cérebro-máquina", ou IMC, que Nicolelis acredita que poderia oferecer esperança para os seres humanos que vivem com doenças paralisia neuronal ou motora, tais como ALS (também conhecida como doença de Lou Gehrig) .

"A conclusão deste estudo é que você seria capaz de [colocar] esse paciente em uma cadeira de rodas eletrônica motorizado e este paciente seria capaz de aprender a navegar esta cadeira de rodas livremente, de forma contínua, usando um implante intra-cortical," disse ao Guardião.

O estudo é o último de uma série de experimentos que chamam a manchete do laboratório de Nicolelis. Em 2014 sua equipe estreou um exoesqueleto controlado por sinais de um eletroencefalografia externa - ou EEG - cap na cerimônia de abertura do Mundial, permitindo um jovem paraplégico chutar uma bola no estádio. No entanto, o novo estudo, diz Nicolelis, abriu-se uma nova direção no desenvolvimento de dispositivos robóticos. "Os exoesqueletos que temos vindo a desenvolver são para pacientes paraplégicos, e isso é uma coisa", diz ele. "Mas agora temos a possibilidade de desenvolver algo para pacientes com ELA ou pacientes tetraplégicos onde o nosso exoesqueleto não iria funcionar."

Em artigo na revista relatórios científicos , os pesquisadores descrevem como dois macacos, conhecido apenas como "M" e "K", foram capazes de utilizar um implante cerebral sem fio para controlar o movimento de uma cadeira de rodas robótica em velocidades de até 28 centímetros por segundo . Os pesquisadores implantaram eletrodos compostos de matrizes de filamentos de metal semelhantes a pelos flexíveis em várias áreas dos macacos - regiões do cérebro dedicadas a sensações de aperfeiçoamento e para a produção de movimento.

Na primeira parte do ensaio, cada macaco foi sentado na cadeira de rodas, a qual foi, em seguida programado para dirigir para o dispensador de uva estacionado cerca de 2 metros. O programa utilizado voltas e inverte, bem como os movimentos para a frente - um exercício que foi repetido 30 vezes a partir de três posições diferentes em relação ao distribuidor. "Nós [foram] induzindo-os a produzir algo chamado motor imagens - é o que todos nós fazemos quando estamos de pé e estamos planejando o que vamos fazer", explica Nicolelis.

Durante o processo, os investigadores registada a atividade no cérebro do macaco, permitindo que os cientistas para correlacionar os sinais provenientes de neurônios com diferentes movimentos da cadeira de rodas. "Nós somos capazes de treinar os nossos algoritmos computacionais para mapear a atividade cerebral a uma determinada trajetória", diz Nicolelis. "Eu não sei o que eles estão pensando, eu só sei que eu posso extrair informação que é útil para controlar a cadeira de rodas."

Usando a informação recolhida a partir do primeiro conjunto de experimentos, a equipe fez o trabalho processo essencialmente em sentido inverso, com o sistema "ouvindo" os sinais do cérebro de cada macaco e transformando-os em comandos para mover a cadeira de rodas. Os cientistas descobriram que habilidades de condução dos macacos melhorou durante os três a seis semanas do experimento. Macaco K passou de tirar 43,1 segundos para completar a tarefa a uma nippy 27,3 segundos. Além do mais, os pesquisadores descobriram que, uma vez no comando da cadeira de rodas, o padrão de atividade de neurônios dos macacos mudou em comparação com quando eles eram passageiros. Entre as diferenças, os neurônios tornou-se mais fortemente ajustado para a distância entre a cadeira de rodas e o distribuidor de uva.

Para mostrar que os primatas estavam realmente aprendendo a controlar a cadeira de rodas, os pesquisadores então mudaram o layout, invertendo a correlação entre a atividade cerebral e movimento para que, quando os animais poderiam esperar para se mover para a frente, a cadeira passou para trás em seu lugar. "Após esta operação, a precisão da navegação diminuiu significativamente para os dois macacos", observam os autores.

Esta não é a primeira vez que os macacos tenham usado a sua atividade cerebral para controlar os dispositivos. "No uso de interfaces, a maioria dos estudos que têm sido feitos até agora têm sido estudos sobre, inicialmente, o controle de cursores de computador em uma tela e, mais recentemente, o controle de braços robóticos ," explica o Dr. Andrew Jackson, a partir do Instituto de Neurociência da Universidade de Newcastle, que não esteve envolvido no estudo.

O novo estudo, diz ele, empurra as possibilidades ainda mais, concentrando-se sobre o uso do IMC para controlar uma ferramenta abstrata, como a cadeira de rodas, ao invés de uma prótese. "Quando você começa a pensar em interfaces cérebro-máquina, em vez de ser apenas uma maneira de substituir alguma função corporal que foi perdido, mas, na verdade, abrindo um novo canal de comunicação para todos os tipos de dispositivos, em seguida, se expande que muito o âmbito do que poderíamos pensar em fazer com esta tecnologia ", diz ele.

"Esta parece ser uma coisa de ficção científica um pouco rebuscado acontecendo no laboratório com macacos, mas há realmente um número de pessoas agora que tiveram implantes muito semelhantes", Jackson acrescenta. "O material que está acontecendo no laboratório com macacos é a tecnologia que poderia ser utilizado em pessoas em um número relativamente pequeno de anos."


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