Os pesquisadores desenvolveram um sistema nervoso sensorial artificial que pode processar informações semelhantes ao corpo humano e pode efetivamente dar a sensação de toque aos membros protéticos
Nossa pele, o maior órgão do corpo, também é o mais importante, pois cobre todo o nosso corpo, controla a temperatura do corpo e nos protege de fatores externos prejudiciais, como sol, temperaturas anormais, germes, etc. Nossa pele pode se esticar notavelmente e se auto-regenerar. A pele também é importante porque nos fornece uma sensação de toque através da qual podemos tomar decisões. A pele é um sistema complexo de detecção e sinalização para nós.
Em um estudo publicado no Ciência, pesquisadores liderados pelo Prof Zhenan Bao na Universidade de Stanford e na Universidade Nacional de Seul desenvolveram um artificial sistema nervoso sensorial, que pode ser um grande passo para a criação de "pele artificial" para próteses membros que podem restaurar a sensibilidade e agir como uma cobertura de pele normal. O aspecto desafiador deste estudo foi como imitar efetivamente nossa pele, que possui várias propriedades exclusivas. A característica mais difícil de imitar é a maneira como nossa pele age como um sensorial rede que em primeiro lugar transmite sensações ao cérebro e também ordena que nossos músculos reajam por meio de um reflexo para tomar decisões imediatas. Por exemplo, um toque faz com que os músculos do cotovelo se estiquem, e os sensores nesses músculos enviam um impulso ao cérebro por meio de um neurônio. O neurônio então envia uma série de sinais para sinapses relevantes. A rede sináptica em nosso corpo reconhece o padrão de alongamento repentino dos músculos e envia dois sinais simultaneamente. Um sinal faz com que os músculos do cotovelo se contraiam como um reflexo e o segundo sinal vai para o cérebro para informar sobre essa sensação. Toda essa sequência de eventos acontece em quase uma fração de segundo. Imitar esses sistemas nervosos sensoriais biológicos complicados, incluindo todos os elementos funcionais na rede de neurônios, ainda permanece um desafio.
Sistema nervoso sensorial único que "imita" o real
Os pesquisadores criaram um sistema nunca sensorial único que poderia replicar o funcionamento do sistema nervoso humano. O “circuito nervoso artificial” projetado por pesquisadores integra três componentes em uma folha plana e flexível medindo poucos centímetros. Esses componentes foram descritos individualmente anteriormente. O primeiro componente é um toque sensor que pode detectar forças e pressão (mesmo as menores). Este sensor (feito de orgânico polímeros, nanotubos de carbono e eletrodos de ouro) enviam sinais através de um segundo componente, um neurônio eletrônico flexível. Ambos os componentes são versões aprimoradas e aprimoradas do que foi desenvolvido anteriormente pelos mesmos pesquisadores. Os sinais sensoriais gerados e transmitidos através desses dois componentes são entregues a um terceiro componente, um transistor sináptico artificial que é modelado exatamente como as sinapses humanas no cérebro. Todos estes três componentes têm que funcionar de forma coesa e demonstrar a função final foi o aspecto mais desafiador. Sinapses biológicas reais retransmitem sinais e armazenam informações necessárias para a tomada de decisões. Este transistor sináptico “executa” essas funções fornecendo sinais eletrônicos ao transistor sináptico usando o circuito nervoso artificial. Portanto, este sistema artificial aprende a reconhecer e reagir a estímulos sensoriais com base na intensidade e frequência de sinais de baixa potência, tal como faria uma sinapse biológica num corpo vivo. A novidade deste estudo é como esses três componentes individuais conhecidos anteriormente foram integrados com sucesso pela primeira vez para fornecer um sistema coeso.
Os pesquisadores testaram a capacidade desse sistema de gerar reflexos e também sentir o toque. Em um experimento, eles conectaram seu nervo artificial a uma perna de barata e aplicaram uma pequena pressão em seu sensor de toque. O neurônio eletrônico converteu o sinal do sensor em sinais digitais e os passou pelo transistor sináptico. Isso fazia com que a perna da barata se contraísse com base no aumento ou diminuição da pressão no sensor de toque. Portanto, essa configuração artificial certamente ativou o reflexo de contração. Em um segundo experimento, os pesquisadores exibiram a capacidade do nervo artificial em detectar diferentes sensações de toque, sendo capaz de diferenciar letras em Braille. Em outro teste, eles rolaram um cilindro sobre o sensor em diferentes direções e foram capazes de detectar com precisão a direção exata do movimento. Assim, este dispositivo é capaz de melhorar o reconhecimento de objetos e o processamento de informações táteis como reconhecimento de textura, leitura em braille e distinção de bordas de objetos.
Futuro do sistema nervoso sensorial artificial
Esta tecnologia de nervo artificial está em um estágio muito inicial e não atingiu o nível de complexidade exigido, mas deu uma grande esperança para a criação de coberturas de pele artificiais. É claro que tais “coberturas” também exigiriam dispositivos para detectar calor, vibração, pressão e outras forças e sensações. Eles precisam ter uma boa capacidade de se encaixar em circuitos flexíveis para que possam interagir efetivamente com o cérebro. Para imitar nossa pele, o dispositivo precisa ter mais integração e funcionalidade, o que o tornará mais estável e confiável.
Esta tecnologia de nervo artificial pode ser uma bênção para próteses e restaurar sensações em amputados. Os dispositivos protéticos melhoraram muito ao longo do ano, com mais tecnologia de impressão 3D disponível e sistemas de robótica mais responsivos. Apesar dessas atualizações, a maioria dos dispositivos protéticos disponíveis hoje devem ser controlados de uma maneira muito grosseira, pois não fornecem uma interface satisfatória com o cérebro devido à falta de incorporação das complexidades do vasto sistema nervoso humano. O aparelho não dá feedback e, portanto, o paciente se sente muito insatisfeito e os descarta mais cedo ou mais tarde. Essa tecnologia de nervo artificial, quando incorporada com sucesso em próteses, fornecerá informações de toque para os usuários e ajudará a fornecer aos pacientes uma experiência melhor. Este dispositivo é um grande passo em direção à criação de redes neurais sensoriais semelhantes à pele para várias aplicações, concedendo poderes de reflexo e sensibilidade ao toque.
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{Você pode ler o artigo de pesquisa original clicando no link DOI fornecido abaixo na lista de fontes citadas}
Fontes)
Yeongin K et al. 2018. Um nervo aferente artificial orgânico flexível bioinspirado. Ciência. https://doi.org/10.1126/science.aao0098
