ZMESCE, 03/11/2022
Por Alexandru Micu
Esses optrodes ignoram várias das limitações mais gritantes dos eletrodos atuais.
Pesquisadores na Austrália estão trabalhando duro em uma tecnologia que possa finalmente integrar próteses ao nosso sistema nervoso. Este sistema lê sinais do nosso cérebro usando luz e pode permitir gravações muito mais precisas da atividade neural.
Embora a pesquisa ainda esteja em seus estágios iniciais, a equipe demonstrou que sua abordagem é sólida. Com formação em engenharia biomédica e elétrica, os pesquisadores da Universidade de New South Wales (UNSW) Sydney desenvolveram uma nova abordagem para medir a atividade neural usando luz em vez de eletricidade. Isso ignora vários dos problemas que assolam outras tecnologias de interpretação que estão atualmente disponíveis.
Quando amadurecida, essa abordagem pode permitir uma mudança fundamental na forma como as tecnologias médicas, como próteses operadas por nervos ou interfaces cérebro-máquina, funcionam.
Lendo mentes
“[A nova abordagem contorna] questões espinhosas que as tecnologias concorrentes não podem resolver”, explica o Prof. François Ladouceur da Escola de Engenharia Elétrica e Telecomunicações da UNSW, co-autor do artigo. “Em primeiro lugar, é muito difícil reduzir o tamanho da interface usando eletrodos convencionais para que milhares deles possam se conectar a milhares de nervos em uma área muito pequena. À medida que você encolhe milhares de eletrodos e os coloca cada vez mais próximos para se conectar aos tecidos biológicos […] sua resistência individual aumenta, o que degrada a relação sinal-ruído, então temos um problema na leitura do sinal. Chamamos isso de 'incompatibilidade de impedância'.
“Outro problema é o que chamamos de 'crosstalk' – quando você encolhe esses eletrodos e os aproxima, eles começam a conversar ou se afetar por causa de sua proximidade. A vantagem real de nossa abordagem é que podemos tornar essa conexão muito densa no domínio óptico e não pagamos o preço que você tem que pagar no domínio elétrico.”
Em seu novo artigo, a equipe mostra que eles podem usar optrodes – ' eletrodos de luz ' – para medir com precisão os impulsos neurais à medida que viajam pelos feixes nervosos de animais vivos.
Para isso, conectaram um optrode ao nervo ciático de um animal anestesiado. Eles então estimularam o nervo usando uma corrente elétrica suave e gravaram o sinal que ele carregava usando um de seus optrodes. Para ter dados para testar a eficácia de sua abordagem, a equipe também realizou essa etapa usando um eletrodo convencional e um bioamplificador.
No geral, a equipe explica que as respostas nervosas registradas por esses diferentes dispositivos “eram essencialmente as mesmas”. O sensor óptico registrou o impulso com sinal mais forte que o eletrodo, mas isso não foi surpreendente, pois ainda está em suas fases iniciais de desenvolvimento. Crucialmente, no entanto, o experimento mostrou que os optrodes podem ser usados para interpretar a atividade neural de forma confiável.
Os impulsos nervosos medidos aqui tinham magnitudes medidas em microvolts, tornando-os relativamente fracos. No futuro, a equipe planeja testar matrizes de optrodes contra redes mais complexas de nervos e outros tipos de tecidos excitáveis. O objetivo final é produzir interfaces que possam conectar próteses a um sistema neural ativo.
A equipe estima que uma mão totalmente funcional – que pode mover, manipular objetos, retornar dados sensoriais completos e executar todas as inúmeras funções que damos como garantidas, como mudança de velocidade ou pressão – exigiria cerca de 5.000 a 10.000 conexões entre ela e o sistema neural de um usuário. Cada um de nós tem um feixe nervoso que desce do córtex motor para nossos braços e mãos, e isso eventualmente se divide em 5.000 a 10.000 fibras individuais que inervam todos os músculos.
Em outras palavras, se um chip com esse número de conexões ópticas puder ser implantado no cérebro, ou em algum lugar do braço antes que o feixe nervoso se separe em fibras individuais, poderá permitir a integração de uma mão protética com a mesma capacidade como um biológico – definitivamente um pensamento excitante!
Com isso em mente, provavelmente levará décadas até que esse dispositivo esteja remotamente perto de estar pronto para uso. Para começar, precisaríamos refinar os optrodes e torná-los bidirecionais (ou seja, permitir que eles enviem sinais para os nervos, não apenas os recebam).
Além das próteses funcionais, essa pesquisa abre novos caminhos pelos quais a tecnologia pode ser integrada diretamente em nossos sistemas nervosos. Dispositivos como interfaces cérebro-máquina, que nos permitiriam controlar computadores ou receber informações sensoriais de nossas mãos, poderiam ser construídos em cima desses chips optrode.
“A área de interface neural é um campo incrivelmente empolgante e será objeto de intensa pesquisa e desenvolvimento na próxima década”, diz o Prof. Nigel Lovell, autor correspondente do artigo.
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Fonte:https://www.zmescience.com/science/optrodes-prosthetics-nerves-interaction-923524/
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