Pontapé inicial da Copa 2014 será dado por paraplégico usando veste robótica

Foto: bigBonsai & LenteVivaFilmes

O Projeto Andar de Novo está em contagem regressiva para apresentar ao mundo pela primeira vez uma das grandes conquistas até aqui: durante a cerimônia de abertura da Copa do Mundo, em 12 de junho, na Arena Corinthians, em São Paulo, um jovem adulto paraplégico dará um chute simbólico usando um exoesqueleto, ou veste robótica, controlado pela sua atividade cerebral. Será só o começo – como acredita o neurocientista Miguel Nicolelis, líder do projeto – de um futuro em que pessoas com paralisia poderão abrir mão de cadeiras de rodas e, literalmente, andar de novo. O projeto é financiado pela Finep, empresa pública do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI), com R$ 33 milhões.

O Projeto Andar de Novo é um consórcio formado por centenas de pessoas de universidades e institutos de pesquisa do mundo todo, cujo comando científico é do neurocientista brasileiro Miguel Nicolelis. São cientistas e especialistas, de 25 nacionalidades de todos os continentes. O objetivo do projeto é desenvolver uma tecnologia de interface cérebro-máquina que permita pessoas com mobilidade restringida – como paraplégicos – a voltar a andar usando a mente para controlar um equipamento externo, que substituiria os membros inferiores. Dezenas de trabalhos científicos publicados nas melhores revistas do mundo embasam a estratégia escolhida para executar o projeto.

Em maio de 2014 foi concluída a fase de testes. Desta forma, todos os objetivos científicos, clínicos e tecnológicos dessa fase do projeto foram alcançados. Os resultados serão apresentados à comunidade científica por meio de publicação em revistas científicas nos próximos meses.

No Brasil, a operação do Andar de Novo é liderada pelo IINN-ELS (Instituto Internacional de Neurociências de Natal – Edmond e Lily Safra) e conta com a parceria da AACD (Associação de Assistência à Criança Deficiente), em São Paulo. Em janeiro de 2013, o projeto recebeu investimento da Finep, que propiciou os recursos necessários para a realização desta fase do projeto no IINN-ELS e a criação nas novas instalações de um laboratório em São Paulo, onde a equipe reunida por Miguel Nicolelis trabalha diuturnamente no desenvolvimento de uma nova forma de neuroreabilitação e de um exoesqueleto.

Fase 1: desenvolvimento da interface cérebro-máquina
Miguel Nicolelis atua na área da neurociência desde 1984. A partir de 2001, no Centro de Neuroengenharia da Universidade Duke, na Carolina do Norte, Estados Unidos, o cientista brasileiro idealizou linhas de pesquisa que pudessem produzir novas tecnologias assistivas para reestabelecer o controle motor e a sensibilidade tátil em pacientes que sofrem lesões na medula espinhal ou neurológicas que geram um grau severo de paralisia.

Muitos testes foram realizados para criar um mecanismo de troca de sinais entre o cérebro e um artefato robótico que pudesse ajudar uma pessoa a se movimentar. A primeira etapa do projeto consistiu no desenvolvimento da chamada interface cérebro-máquina, ou seja, uma tecnologia que possibilitasse a leitura de sinais elétricos produzidos por neurônios do cérebro e a captura, a partir desses sinais, de um controle motor que pudesse ser usado pela máquina. Depois foi necessário mandar os sinais de volta do robô para o cérebro, fechando assim o ciclo de controle.

As primeiras observações foram feitas em ratos e macacos na Universidade de Duke. Os animais conseguiram mover braços robóticos ou virtuais apenas com sinais registrados no cérebro e usá-los para manipular objetos. Em outro estágio do desenvolvimento das pesquisas, pela primeira vez esses animais conseguiram diferenciar texturas diferentes dos objetos, por meio da estimulação elétrica dos seus cérebros.

Fase 2: o exoesqueleto
O exoesqueleto é a materialização tecnológica mais avançada das pesquisas da fase 1 e foi concebido para permitir a interação do cérebro em tempo real com essa veste robótica. Testes desse primeiro protótipo foram concluídos com sucesso no último dia 28 de maio: o exoesqueleto, sobre comando da atividade cerebral de um operador, realizou movimentos naturais e fluidos que produziram, em todos os pacientes, a sensação de que eles estavam caminhando com as próprias pernas.

A veste robótica é o resultado de anos de trabalho por uma equipe internacional de cientistas e engenheiros. As pesquisas para o seu desenvolvimento começaram em 1999 e contaram com uma evolução gradativa até a fase atual. O trabalho de robótica foi coordenado por Gordon Cheng, da Universidade Técnica de Munique, em colaboração com uma equipe de engenheiros e pesquisadores. O sistema foi desenvolvido na França e testado no Brasil.

O tamanho da sua representatividade para a ciência brasileira está expresso no nome escolhido para a máquina: BRA-Santos Dumont I, em homenagem a quem Miguel Nicolelis considera o maior cientista brasileiro de todos os tempos. Funciona como um controle compartilhado, em que o cérebro gera mensagens que expressam o desejo voluntário motor do operador, como por exemplo “eu quero andar”, “eu quero parar”, “eu quero chutar a bola”. Esses comandos mentais interagem com os controles das articulações do exoesqueleto para fazer com que os movimentos sejam gerados.

O exoesqueleto está equipado com vários giroscópios que impedem quedas durante o movimento.

Fase 3: sensação tátil de andar novamente
Para que o ato de caminhar seja o mais próximo da realidade, é importante que o paciente tenha também restabelecida a sensação tátil nos membros paralisados. Para isso, foi desenvolvido uma tecnologia de feedback tátil, ou pele artificial, peça fundamental para reestabelecer a sensação de tato e propriocepção (capacidade de reconhecer a localização espacial do corpo) dos membros inferiores dos pacientes que usarão o exoesqueleto para caminhar novamente.

A pele artificial, desenvolvida pelo grupo de pesquisadores de Gordon Cheng, é formada por placas flexíveis de circuitos integrados, cada uma delas contendo sensores de pressão, temperatura e velocidade. Ela é aplicada na planta dos pés para que o paciente, ao andar com o exoesqueleto, receba, a cada toque dos pés no chão, um estímulo tátil enviado a uma região da parte superior do corpo, como os braços.

Com essa transmissão dos pés para os braços, o cérebro dos pacientes é induzido a remapear as sensações táteis e reestabelecer a sensação de pisar o chão caminhando como se não possuísse paralisia. Uma camisa, que o paciente vestirá durante a demonstração na cerimônia de abertura da Copa do Mundo, permitirá que ele receba as informações táteis gerada pela pele artificial na superfície dos braços. Essa camisa foi desenvolvida pelo grupo do Dr Hannes Bleuler, da EPFL, em Lausane, Suíça.

Fase 4: os testes com pacientes
Os primeiros testes clínicos do grupo de oito pacientes começaram a ser realizados em janeiro de 2014, no laboratório AASDAP/AACD, inaugurado em novembro de 2013 em São Paulo. Os procedimento de treinamento clínico foram coordenados por uma equipe clínica liderada pela médica brasileira Lumy Sawaki, da Universidade do Kentucky. Inicialmente, esses pacientes interagiram com um simulador virtual, gerado por computador. Nesse ambiente, os pacientes puderam usar um simulador robótico de marcha que os permitiu andar sobre uma esteira ao mesmo tempo em que viam, usando um óculos de realidade virtual, um avatar que reproduzia os mesmos movimentos.

Durante esse treinamento, os pacientes também receberam feedback tátil dos passos do avatar por meio da pele artificial que emite impulsos vibratórios mecânicos na região do corpo em que eles têm sensibilidade, como o antebraço, por exemplo. Com isso, seus cérebros aprenderam novamente a sentir as pernas e pés. Os testes também incluíram simulações em um ambiente virtual com os mesmos ruídos verificados numa partida de futebol com o estádio lotado.

Após a conclusão dos testes virtuais, começaram os treinamentos com o exoesqueleto. A interface cérebro-máquina é feita por meio de uma touca com eletrodos que captam os sinais elétricos do couro cabeludo, com a técnica do eletroencefalograma (EEG), de forma não invasiva. De acordo com Miguel Nicolelis, esse procedimento é suficiente para impulsionar, com o exoesqueleto, a realização de movimentos de membros inferiores. Os sinais cerebrais dos pacientes que usaram o exoesqueleto foram processados em tempo real, decodificados e utilizados para mover condutores hidráulicos.

No dia 29 de abril de 2014 um dos pacientes conseguiu dar os primeiros passos com a veste robótica, usando somente o cérebro para os comandos. Até o dia 20 de maio, os pacientes já tinham dado, em média, 120 passos com o exoesqueleto cada um. Agora estão previstos testes em ambiente semelhante ao da abertura da Copa do Mundo.

Demonstração na Copa do Mundo
Na cerimônia de abertura da Copa do Mundo haverá uma demonstração de todas as tecnologias produzidas pelo projeto Andar de Novo nos últimos 17 meses. Um dos oito pacientes da AACD (Associação de Assistência à Criança Deficiente) que participaram dos testes clínicos será encarregado de um “chute simbólico” da Brazuca(nome da bola oficial do torneio) movimentando o exoesqueleto somente com a atividade cerebral, assim como ocorreu no laboratório na fase de testes com humanos.

A iniciativa será uma apresentação da pesquisa e não faz parte do estudo científico. O objetivo é aproximar a ciência da população brasileira e de todo o mundo: uma audiência estimada na casa dos bilhões de pessoas assistirá ao momento em que o cérebro humano – e a ciência brasileira – darão um dos seus maiores passos.

Para realizar essa proeza, todo o sistema desenvolvido pelo projeto Andar de Novo passou por inúmeros testes de segurança, um deles realizado em 15 de março no estádio do Pacaembu. No gramado, neuroengenheiros do projeto obtiveram registros da atividade elétrica cerebral antes, durante e após a partida Palmeiras x Ponte Preta, pelo Campeonato Paulista.

No dia 4 de abril de 2014, o secretário-geral da Fifa Jérôme Valcke manifestou apoio ao Projeto Andar de Novo por meio de artigo publicado no portal da entidade. Segundo ele, “a FIFA está trabalhando em estreita colaboração com a equipe do professor Nicolelis para mostrar ao mundo, pela primeira vez, durante a cerimônia de abertura da Copa do Mundo, uma pessoa com paralisia andar em campo”.

Próximos passos
O Projeto Andar de Novo não tem o objetivo de fazer apenas a demonstração na abertura da Copa do Mundo de 2014. Ao contrário, a equipe de Miguel Nicolelis e todos os envolvidos seguirão trabalhando no aperfeiçoamento da tecnologia. O dia 12 de junho, portanto, é só o começo de um futuro em que a veste robótica evolua a ponto de permitir que qualquer pessoa com paralisia possa andar livremente se torne acessível. E o Mundial de futebol será um marco para mostrar ao mundo que o projeto está caminhando nessa direção.