Andar naturalmente após lesão medular usando um cérebro

Jan 16, 2024

Nature volume 618, páginas 126–133 (2023)Cite este artigo

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Uma lesão medular interrompe a comunicação entre o cérebro e a região da medula espinhal que produz a marcha, levando à paralisia1,2. Aqui, restauramos esta comunicação com uma ponte digital entre o cérebro e a medula espinhal que permitiu a um indivíduo com tetraplegia crônica ficar de pé e andar naturalmente em ambientes comunitários. Essa interface cérebro-coluna (BSI) consiste em sistemas de registro e estimulação totalmente implantados que estabelecem uma ligação direta entre os sinais corticais3 e a modulação analógica da estimulação elétrica epidural visando as regiões da medula espinhal envolvidas na produção da caminhada4,5,6. Um BSI altamente confiável é calibrado em poucos minutos. Essa confiabilidade permaneceu estável ao longo de um ano, inclusive durante o uso independente em casa. O participante relata que o BSI possibilita o controle natural dos movimentos das pernas para ficar em pé, andar, subir escadas e até mesmo atravessar terrenos complexos. Além disso, a neurorreabilitação apoiada pelo BSI melhorou a recuperação neurológica. O participante recuperou a capacidade de andar com muletas no solo mesmo com a BSI desligada. Esta ponte digital estabelece uma estrutura para restaurar o controle natural do movimento após a paralisia.

Para caminhar, o cérebro entrega comandos executivos aos neurônios localizados na medula espinhal lombossacra7. Embora a maioria das lesões da medula espinhal não danifiquem diretamente esses neurônios, a interrupção das vias descendentes interrompe os comandos derivados do cérebro que são necessários para que esses neurônios produzam a marcha8. A consequência é paralisia permanente.

Mostramos anteriormente que a estimulação elétrica epidural direcionada às zonas individuais de entrada da raiz dorsal da medula espinhal lombossacral permite a modulação de conjuntos motores específicos das pernas9,10,11,12. Por sua vez, o recrutamento dessas zonas de entrada da raiz dorsal com sequências espaço-temporais pré-programadas replica a ativação fisiológica dos conjuntos motores das pernas subjacentes à posição em pé e à caminhada4,5,11,13,14. Essas sequências de estimulação restauraram a posição de pé e a marcha básica em pessoas com paralisia devido a lesão na medula espinhal. No entanto, esta recuperação exigiu sensores de movimento vestíveis para detectar intenções motoras de movimentos residuais ou estratégias compensatórias para iniciar as sequências de estimulação pré-programadas5. Consequentemente, o controle da caminhada não foi percebido como totalmente natural. Além disso, os participantes mostraram capacidade limitada de adaptar os movimentos das pernas às mudanças do terreno e às exigências volitivas.

Aqui, sugerimos que uma ponte digital13,15,16,17,18,19 entre o cérebro e a medula espinhal permitiria o controle volitivo sobre o tempo e a amplitude da atividade muscular, restaurando um controle mais natural e adaptativo de ficar em pé e andar em pessoas com paralisia devido a lesão na medula espinhal.

Para estabelecer esta ponte digital, integramos dois sistemas totalmente implantados que permitem o registro da atividade cortical e a estimulação da medula espinhal lombossacra sem fio e em tempo real (Fig. 1a).

a, Dois implantes corticais compostos por 64 eletrodos são posicionados periduralmente sobre o córtex sensório-motor para coletar sinais ECoG. Uma unidade de processamento prevê intenções motoras e traduz essas previsões na modulação de programas de estimulação elétrica epidural direcionados às zonas de entrada da raiz dorsal da medula espinhal lombossacra. As estimulações são fornecidas por um gerador de pulsos implantável conectado a um eletrodo de pá de 16 eletrodos. b, Imagens relatando o planejamento pré-operatório das localizações dos implantes corticais e confirmação pós-operatória. eu, esquerda; R, certo. c, Modelo computacional personalizado que prevê a localização ideal do eletrodo da pá para atingir as zonas de entrada da raiz dorsal associadas aos músculos dos membros inferiores e confirmação pós-operatória.