Quando Gyorgy Levay perdeu partes de todas as quatro extremidades, incluindo a maior parte de seu braço esquerdo, à meningite em 2010, ele resolveu tirar o melhor proveito de uma situação ruim.

Ele dominou suas substituições protéticas de última geração. Ele mudou o foco de seus estudos de graduação da engenharia elétrica para a biomédica. O húngaro nativo até achou interessante como ele continuou a sentir as sensações da mão que não possuía mais.

Mas como a maioria dos amputados, ele sentiu que algo estava faltando. Porque suas próteses não tinham sentido de toque, eles pareciam para ele ligações estranhas.

Graças a uma equipe de pesquisadores da Universidade Johns Hopkins, ele aprendeu como eles se sentiriam se fizessem parte dele. Levay foi o principal voluntário em um estudo de dois anos na universidade que dotou um membro artificial da capacidade de sentir pressão e dor.

Liderado por Luke Osborn e Nitish Thakor, um estudante de graduação e professor do departamento de engenharia biomédica da Johns Hopkins, a equipe desenvolveu uma forma de "pele eletrônica" que registra o toque da mesma forma que o corpo humano.

Vestindo aquela "pele, "uma bainha de tecido e borracha atada com sensores que a equipe chamou de e-dermis, nas pontas dos dedos de sua mão esquerda protética, Levay pegou vários pequenos, objetos arredondados, em seguida, fez o mesmo com um objeto pontiagudo.

Ao pegar os objetos arredondados, ele sentiu vários níveis de pressão física; ao segurar o objeto pontiagudo, ele sentiu dor.

Para Levay, parecia que um apêndice sem vida - sua mão e braço esquerdos - estava nascendo de novo.

"Normalmente minha 'mão' parece um pouco como uma concha oca, "ele disse em uma entrevista por telefone de sua cidade natal, Budapeste." Quando esses estímulos eletrônicos começaram a acontecer, parecia um pouco como encher uma luva com água, quase como se estivesse se enchendo de vida. "

O experimento marcou a primeira vez que um amputado pode sentir uma série de pressões físicas benignas por meio de um dispositivo protético - e a primeira vez que alguém sentiu dor.

"Pela primeira vez, uma prótese pode fornecer uma variedade de percepções, do toque fino ao toque nocivo, para um amputado, e isso o torna muito mais parecido com uma mão humana, "disse Thakor, o cofundador da Infinite Biomedical Technologies, uma pequena empresa com sede em Baltimore que forneceu o hardware protético para o estudo.

Um artigo sobre o estudo apareceu no jornal Ciência Robótica mês passado.

Os avanços são os mais recentes em uma área de pesquisa que se expandiu rapidamente na última década e meia, graças em grande parte ao trabalho realizado na Johns Hopkins.

Não foi até cerca de quatro anos atrás, no entanto, que pesquisadores da Case Western Reserve University em Cleveland e em outros lugares começaram a tomar medidas para incorporar dispositivos protéticos com o toque.

Esses pesquisadores alcançaram seus resultados fixando sensores eletrônicos em membros protéticos. Esses minúsculos dispositivos podiam registrar o toque, traduzir em sinais eletrônicos e enviar os sinais através de um conjunto de fios para os locais apropriados no que restou dos membros dos usuários.

Todo experimento pioneiro tem suas limitações, e estes não foram exceção. O processo exigia cirurgia invasiva - eletrodos tinham que ser implantados nos membros residuais para receber os sinais e transmiti-los pelo sistema nervoso - e o trabalho fornecia apenas uma faixa estreita de sensações de pressão.

A equipe de Hopkins começou a expandir o menu de sensações fornecidas, até e incluindo a dor - uma categoria de sentimento que, embora sempre desagradável, serve a uma função crucial de sobrevivência.

"A dor é uma sensação que usamos para proteger nossos corpos, "Osborn disse." Podemos tomar isso como certo, e certamente nem sempre gostamos, mas serve como um sistema de alerta, ajudando-nos a evitar eventos prejudiciais. "

O time, que incluía membros dos departamentos de engenharia elétrica da Johns Hopkins, engenharia da computação e neurologia, voltou-se para a biologia como seu modelo.

As células receptoras sensoriais da pele humana, eles observaram, estão realmente situados em vários níveis, com os responsáveis ​​pela sensação dolorosa (nociceptores) principalmente perto da superfície da pele e os responsáveis ​​pela sensação de pressão (mecanorreceptores) inseridos mais profundamente.

Para replicar este sistema, eles projetaram e-dermis para ter sensores dispostos em duas camadas, em vez de um engenheiro anterior.

Então o desafio era "ensinar" os sensores em cada camada a gerar as sensações adequadas a essa camada.

Novamente, eles se voltaram para a biologia.

A equipe estudou as frequências, amplitudes e comprimentos de onda dos sinais que o corpo normalmente envia ao gerar sensações de pressão e dor. Em seguida, eles calibraram o aparato sensorial para imitar essas variáveis.

Osborn elaborou esta abordagem "neuromórfica", isto é, a criação de tecnologia que imita padrões biológicos.

"Nós sabíamos como é um pulso elétrico para dor, bem como pulsos que transmitem informações de pressão, textura e assim por diante, "ele disse." Nós criamos pulsos semelhantes e os comparamos com o que os sujeitos realmente percebem. "

O próximo desafio era garantir que o sistema fosse espacialmente preciso, ou seja, que se o contato ocorrer no dedo indicador protético, o cérebro percebe como vindo daquele ponto.

Eles conseguiram isso por meio do "mapeamento sensorial - sondando cada centímetro quadrado do membro residual do sujeito e observando onde o sujeito" sentia "cada um desses toques em sua mão" fantasma ".

O processo permitiu que Osborn e a empresa conectassem o sensor no dedo indicador, por exemplo, diretamente ao nervo no membro residual que normalmente se conectaria ao dedo indicador real.

A pesquisa de Hopkins oferece um novo braço à Pa. 14 anos após a amputação

"Esses nervos que costumavam ir para a sua mão ainda estão lá, eles simplesmente não estão mais conectados à mão, "Osborn disse." Ao estimular cada um desses nervos, ativamos a localização no cérebro que diz 'dedo mindinho, 'ou' dedo indicador, 'ou' polegar, 'e a sensação idealmente deve ser sentida como seria antes da amputação. "

Tendo mapeado os padrões nervosos com tanta precisão, a equipe conseguiu evitar a necessidade de implante invasivo de eletrodos de metal no membro residual.

Eles anexaram fios da prótese aos locais apropriados no membro, mas o fizeram na superfície da pele, um processo que é muito mais fácil no assunto.

Levay disse que aprecia isso em muitos níveis.

Ele estava estudando engenharia biomédica com uma bolsa Fulbright na Johns Hopkins quando Thakor e Osborn começaram suas pesquisas em 2015.

Porque ele estava interessado em um nível pessoal e profissional, e fisicamente próximo, ele era o sujeito voluntário ideal para o estudo, que foi financiado por doações do Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins e do Instituto Nacional de Imagem Biomédica e Engenharia, uma divisão do National Institutes of Health, entre outras fontes.

O grupo trabalhou com vários amputados voluntários durante o estudo, mas porque ele esteve sempre disponível ao longo de meses, Levay emergiu como o centro, assunto sem nome do jornal, intitulado "Prótese com derme neuromórfica multicamadas que percebe toque e dor."

Os experimentos foram dolorosos no início, Levay disse com uma risada, enquanto Osborn procurava encontrar a combinação certa entre os choques que ele aplicou e as sensações que Levay sentiu.

Quanto mais eles trabalharam juntos, no entanto, quanto mais próxima se torna a correlação, até que a única dor que sentiu durante as sessões veio quando ele pegou o objeto pontudo, sinalizando que o experimento atingiu seu objetivo.

Este, ele disse, era uma dor que ele estava muito feliz de sentir.

"E-derme não funciona perfeitamente ainda, "Levay disse, "but it's definitely a step further in bringing sensations back to the hand."

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