Imagem sensório-motora para interfaces cérebro-computador

JUSTIFICATIVA: A compreensão avançada da estrutura e função do cérebro melhorou o diagnóstico e tratamento de distúrbios neurológicos, como epilepsia, acidente vascular cerebral e lesão da medula espinhal (SCI). Há mais de meio século, os estudos pioneiros de Penfield usaram estimulação elétrica de áreas motoras e sensoriais do córtex cerebral e revelaram uma organização somatotópica distinta do cérebro. Hoje, esse e o conhecimento adicional das funções de codificação neuronal estão sendo usados ​​para desenvolver dispositivos revolucionários que interagem diretamente com neurônios motores e sensoriais no cérebro para estabelecer conexões funcionais com dispositivos protéticos e assistivos. Essas chamadas interfaces cérebro-computador (BCIs) exigem que os eletrodos sejam colocados precisamente nas áreas cerebrais responsáveis ​​pelo controle volitivo e pela sensação dos movimentos dos membros, particularmente nas regiões do braço e da mão. Mapear essas regiões do cérebro é possível usando ressonância magnética funcional (fMRI). No entanto, tais estudos de mapeamento são difíceis de realizar em pessoas com deficiências motoras e sensoriais. As pessoas com ELA e LME interromperam as vias eferentes e aferentes entre o córtex e os membros, tornando necessário confiar em técnicas secretas, como imagens motoras cinestésicas, para mapear a atividade cerebral sensório-motora a fim de orientar a colocação do eletrodo BCI ou estudar a plasticidade cortical resultante de lesão ou intervenção. Os desafios associados ao mapeamento cerebral após a lesão provavelmente contribuem para os relatórios amplamente variados sobre a extensão e a prevalência da reorganização funcional que ocorre no cérebro após a lesão medular. fMRI é uma ferramenta não invasiva que permite a medição da atividade cerebral motora e sensorial com risco mínimo para os participantes do estudo.

SIGNIFICADO: A restauração da função do membro superior é uma prioridade para indivíduos com tetraplegia. Estima-se que 236.000-327.000 pessoas nos Estados Unidos tenham uma lesão na medula espinhal. Aproximadamente 17% das pessoas com LM têm tetraplegia alta (lesão nos níveis cervicais C1-C4), embora esse percentual tenha aumentado nos últimos anos. Pessoas com tetraplegia alta são o grupo mais provável de se beneficiar de neuropróteses controladas por BCI, embora as estratégias de mapeamento oculto desenvolvidas nesta proposta possam ser usadas para estudar a ativação sensório-motora e a plasticidade em qualquer pessoa com deficiência motora ou sensorial, incluindo amputação. Próteses sofisticadas e motorizadas estão sendo desenvolvidas para permitir o movimento natural dos membros superiores e possuem recursos avançados de detecção. As pessoas com tetraplegia gostariam de restaurar a função de seus próprios membros usando FES, mas essa tecnologia precisa de mais avanços e não substitui a sensação, que ainda pode exigir um BCI. Enquanto a pesquisa e o desenvolvimento da FES continuam, as pessoas com tetraplegia podem aproveitar as vantagens das próteses motorizadas montando-as em sua cadeira de rodas. As próteses motorizadas podem fornecer função comparável à de um membro intacto, mas é necessária uma interface de controle com alto grau de liberdade e a BCI é uma solução possível.

A neuroimagem funcional pode ser usada para orientar a colocação do eletrodo BCI, a fim de acessar os circuitos sensório-motores existentes. O mapeamento cerebral baseado em imagens também permite o estudo da plasticidade cortical, o que pode ser útil para entender as alterações corticais desadaptativas que ocorrem após uma lesão ou alterações benéficas resultantes de intervenções de reabilitação. Assim como o mapeamento cerebral pré-cirúrgico pode ajudar a identificar os indivíduos mais adequados para um BCI, o mapeamento cerebral oculto em alguém com deficiências motoras e sensoriais pode informar o tipo de paradigma de reabilitação com maior probabilidade de benefício. O benefício potencial de poder estudar a plasticidade cortical na ausência de movimento ou sensação é amplo, pois pode ser aplicado a pacientes com lesão medular, amputação, acidente vascular cerebral, doenças neurodegenerativas como esclerose lateral amiotrófica ou outro comprometimento sensório-motor.