Caminhar naturalmente após lesão da medula espinhal usando um cérebro

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 o andar, levando à paralisia1,2. Aqui, restauramos essa comunicação com uma ponte digital entre o cérebro e a medula espinhal que permitiu que um indivíduo com tetraplegia crônica se levantasse e andasse naturalmente em ambientes comunitários. Essa interface cérebro-espinha (BSI) consiste em sistemas de gravação e estimulação totalmente implantados que estabelecem uma ligação direta entre os sinais corticais3 e a modulação analógica da estimulação elétrica peridural visando as regiões da medula espinhal envolvidas na produção da marcha4,5,6. Um BSI altamente confiável é calibrado em poucos minutos. Essa confiabilidade permaneceu estável por mais de um ano, inclusive durante o uso independente em casa. O participante relata que o BSI permite o controle natural sobre os movimentos de suas pernas para ficar em pé, andar, subir escadas e até 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 quando o BSI foi desligado. 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 lombossacral7. Embora a maioria das lesões da medula espinhal não danifique 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 a paralisia permanente.

Anteriormente, mostramos que a estimulação elétrica peridural visando as zonas individuais de entrada da raiz dorsal da medula espinhal lombossacral permite a modulação de piscinas motoras específicas da perna9,10,11,12. Por sua vez, o recrutamento dessas zonas de entrada da raiz dorsal com sequências espaço-temporais pré-programadas replica a ativação fisiológica dos pools motores das pernas subjacentes à posição em pé e ao andar4,5,11,13,14. Essas sequências de estimulação restauraram a postura ereta e a marcha básica em pessoas com paralisia devido a uma lesão na medula espinhal. No entanto, essa recuperação exigia 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 marcha não foi percebido como totalmente natural. Além disso, os participantes mostraram capacidade limitada de adaptar os movimentos das pernas às mudanças de terreno e às demandas 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 o controle mais natural e adaptativo de ficar em pé e andar em pessoas com paralisia devido a lesão medular.

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

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