Como podemos treinar o cérebro para ajudar os doentes com AVC?

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Muitas pessoas que tiveram um AVC têm dificuldade em mover-se, mesmo após terapia com os melhores especialistas e métodos. Novas formas de tornar a terapia do AVC mais eficaz poderiam ajudar as pessoas a recuperar mais eficazmente. Alguns grupos de investigação desenvolveram sistemas de interface cérebro-computador (BCI) que podem medir quando um paciente com AVC imagina o movimento da mão através do registo de ondas cerebrais. Desenvolvemos um BCI que utilizava a actividade cerebral de cada paciente para controlar um estimulador muscular e um monitor durante a terapia. Os pacientes receberam um feedback gratificante durante a terapia quando imaginavam correctamente um movimento. Testámos 51 pacientes, alguns dos quais tiveram um AVC há muitos anos. 42 pacientes melhoraram após a terapia, com base nos resultados de testes padronizados. Portanto, a terapia baseada no BCI poderia ajudar alguns pacientes com AVC. Pensamos que haverá mais avanços nos próximos anos que levarão a terapias mais eficazes utilizando os BCI.

O que acontece no cérebro quando uma pessoa tem um AVC?

Um AVC é um tipo de dano cerebral que se está a tornar mais comum porque as pessoas vivem mais tempo. Um AVC acontece quando um vaso sanguíneo no cérebro é bloqueado ou começa a sangrar. Em qualquer dos casos, algumas partes do cérebro não recebem o fornecimento de sangue de que necessitam, o que pode causar danos cerebrais graves. Após um AVC, é importante que o paciente chegue imediatamente a um hospital. Os médicos podem por vezes ajudar os pacientes a recuperar de alguns dos danos cerebrais dentro de poucos dias após o AVC. No entanto, mesmo com tratamento hospitalar, muitos pacientes têm danos cerebrais graves e duradouros e necessitam de terapia extensiva.

O cérebro consiste em duas metades, chamadas hemisférios esquerdo e direito. Normalmente, um AVC afecta apenas um hemisfério, pelo que alguns sobreviventes de AVC têm dificuldade em mover o lado esquerdo ou direito do corpo. Em casos graves, o braço e a perna de um paciente no lado esquerdo ou direito podem ficar completamente paralisados. Em muitos casos mais leves, os pacientes só têm problemas com um braço ou uma perna (não ambos) e podem realizar quase todos os movimentos normalmente. O AVC pode causar outro problema chamado espasticidade. Isto significa que alguns músculos estão demasiado tensos. Os pacientes podem ter dores, dificuldades de movimentos, movimentos involuntários, e outros problemas.

A dificuldade com o movimento pode levar a muitos desafios. Os sobreviventes de AVC podem não ser capazes de trabalhar ou desfrutar dos seus desportos ou passatempos favoritos. Podem precisar da ajuda de amigos e familiares, e podem ter problemas financeiros devido à perda de trabalho e aos custos de tratamento e cuidados. Alguns sobreviventes de AVC sentem-se pouco à vontade em público porque pensam que as pessoas os vão provocar com as suas deficiências. Estas são apenas algumas das razões pelas quais precisamos das melhores abordagens e tecnologias possíveis para ajudar os doentes com AVC a recuperar a capacidade de se moverem.

Como podem as interfaces cérebro-computador ser utilizadas para a terapia de AVC?

Imagine um paciente com AVC que já não é capaz de se mover uma mão. Para tratar pacientes com acidentes vasculares cerebrais, os terapeutas pedem frequentemente ao paciente para imaginar ou tentar certos tipos de movimentos da mão. Mais de dezenas de sessões de terapia, isto ajuda o cérebro a reaprender a forma de controlar a mão afectada. Uma medida chamada electroencefalograma (EEG) tem sido utilizada há muitos anos para medir a actividade eléctrica do cérebro [1]. Esta técnica utiliza pequenos discos metálicos chamados eléctrodos, que são colocados sobre a cabeça. O EEG pode dizer-nos quais as áreas do cérebro que estão activas. Por exemplo, colocando eléctrodos sobre as áreas do cérebro responsáveis pelo movimento e sensação, podemos estudar a actividade cerebral que acontece quando uma pessoa se move ou sente uma sensação.

recoverix rehabilitation of stroke patients setup

O EEG pode ser combinado com uma interface cérebro-computador (BCI) para criar um novo tipo de terapia de AVC. Um BCI é um sistema que pode fornecer feedback em tempo real sobre a actividade do cérebro à pessoa que recebe a terapia. O sistema BCI pode detectar quando os pacientes imaginam os movimentos correctos da mão e pode permitir aos pacientes saber se esses movimentos são correctos. Por exemplo, se o paciente imaginar um movimento da mão esquerda, então uma mão de desenhos animados no monitor pode imitar esse movimento, enquanto um estimulador muscular ajuda a mão esquerda a mover-se. Desta forma, o paciente só recebe um feedback gratificante do sistema enquanto executa correctamente o movimento imaginado. Ver a mão de um desenho animado mover-se enquanto também sente as suas próprias mãos moverem-se pode ajudar a motivar os pacientes e encorajar o seu cérebro a reaprender as funções motoras. Muitos outros tipos de BCIs foram desenvolvidos. A utilização de BCI na terapia pós-curso pode levar a um aumento da plasticidade cerebral, o que significa que o cérebro pode criar novas ligações que o ajudam a aprender a desempenhar determinadas funções novamente, tais como mover a mão sem espasmos ou outras dificuldades.

Como é que fizemos o estudo científico recoveriX?

Pedimos a 51 pacientes que participassem no nosso estudo. Estes pacientes tinham 61 anos de idade, em média, e tiveram os seus acidentes vasculares cerebrais uma média de 37 meses antes do estudo. Algumas pessoas acreditam que os pacientes que tiveram AVC há mais de 12 meses não irão provavelmente melhorar, mas colocamos a hipótese de o contrário.

Os pacientes participaram em duas pré-avaliações antes da terapia. Nas pré-avaliações, realizámos testes para estudar as capacidades motoras de cada paciente e outros factores. As pré-avaliações foram feitas em 2 dias diferentes, separados por 1 mês, para garantir uma boa compreensão das capacidades dos pacientes antes da terapia. Depois, os pacientes participaram em 25 a 31 sessões de terapia BCI com um terapeuta licenciado. Cada sessão durou cerca de 1 h, e a maioria dos pacientes fez 2 sessões por semana (Figura 1). Posteriormente, fizemos três avaliações pós-avaliação para estudar a forma como cada paciente mudou. A primeira pós-avaliação foi feita imediatamente após a última sessão terapêutica, e outras pós-avaliações foram feitas 1 e 6 meses mais tarde.

Figure 1 - In BCI therapy, stroke patients wear an electrode cap and view a monitor where an image, such as moving hands, helps them relearn how to move.
Figura 1 – Na terapia BCI, os doentes com AVC usam uma tampa de eléctrodo e visualizam um monitor onde uma imagem, como mãos em movimento, os ajuda a reaprender como se movimentar. O BCI lê sinais eléctricos do cérebro, incluindo os envolvidos com o movimento e a sensação de tacto (áreas coloridas), e dá ao paciente feedback sobre o monitor quando os movimentos são executados correctamente. Existem também eléctrodos de estimulação ligados ao paciente que o ajudam a realizar cada movimento A terapia com BCI leva a uma melhoria das funções motoras porque os neurónios encontram novas ligações, através de um processo chamado plasticidade cerebral.

O que é recoveriX detectar a partir do cérebro?

Explorámos o efeito da terapia de BCI medindo três factores distintos:

    • Precisão do BCI 
    • Actividade cerebral
    • Movimento

A precisão do BCI é uma forma de medir o envolvimento de cada paciente nas tarefas de imagiologia motora. A elevada precisão do BCI indica que o paciente está a prestar atenção às tarefas e a imaginar correctamente os movimentos. Se o paciente não imaginar qualquer movimento, então a exactidão do BCI será de cerca de 50%. Portanto, a baixa precisão pode indicar que o paciente não está a participar ou não está a imaginar correctamente os movimentos. Um terapeuta poderá então treinar o paciente para o ajudar a melhorar a exactidão do BCI (Figura 2A).

Figure 2 - (A) BCI accuracy from therapy sessions 1 through 31 for one patient.

Figura 2 – (A) Precisão do BCI das sessões terapêuticas de 1 a 31 para um paciente. No início, a exactidão do BCI ao classificar os movimentos da mão esquerda vs. direita era de 65%. A exactidão melhorou com sessões terapêuticas adicionais e atingiu 100% na sessão 25. (B) Activação do cérebro antes e depois de 31 sessões de terapia com BCI. A cor branca antes da terapia indica que não há activação cerebral para produzir movimentos da mão e dos dedos, enquanto que a cor vermelha depois da terapia indica mais activação cerebral. C3 é o nome da posição do eléctrodo sobre a área do cérebro responsável pelo movimento da mão direita.

A actividade cerebral é medida ao longo de toda a terapia BCI. Normalmente, nas sessões de terapia precoce, as áreas de movimento do cérebro não estão a trabalhar em conjunto de forma eficaz. Ao longo das semanas de terapia, vemos frequentemente que as áreas de movimento no cérebro se tornam muito mais activas (Figura 2B). As cores da Figura 2B indicam a activação do cérebro a diferentes frequências em áreas importantes para o movimento. O eixo x indica o tempo em cada ensaio; as áreas mais à direita indicam tempos posteriores no ensaio. O eixo y reflecte frequências diferentes. As áreas inferiores do gráfico são frequências inferiores (indicadas pela letra grega mu) e as áreas superiores do gráfico são frequências superiores (indicadas pela letra grega beta).

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O efeito mais importante da terapia BCI é ajudar os pacientes a recuperar o movimento. A figura 3A mostra uma ferramenta que os terapeutas e cientistas utilizam para testar o movimento do pulso e da mão, chamada Teste de Pega de nove furos, porque o paciente deve pegar em nove pequenas cavilhas e colocá-las em nove pequenos furos. Pedimos aos pacientes que realizassem este teste com ambas as mãos várias vezes ao longo de todo o processo terapêutico e acompanhámos o tempo que demoraram a completar o teste. Se a terapia BCI ajudou um paciente a recuperar o movimento, assistimos a uma diminuição do tempo que esse paciente demorou a completar este teste ao longo das sessões de terapia (Figura 3B).

Figure 3 - (A) The Nine-Hole Peg Test can be used to test wrist and hand movement.

Figura 3 – (A) O Teste de Pega de nove buracos pode ser usado para testar o movimento do pulso e da mão.(B) Resultados mostrando a melhoria do movimento da mão de um paciente durante a terapia com BCI. O tempo para completar a tarefa com a mão afectada (direita) diminuiu de 7 min 26 s no início da terapia para 1 min 14 s após 28 terapias. (C) Resumo de todos os testes de função motora, combinados, para todos os pacientes estudados. Se a barra estiver acima de zero, o movimento foi melhorado após a terapia. Quarenta e nove pacientes mostraram melhorias, enquanto apenas dois pacientes mostraram uma diminuição do movimento (um teve outro AVC e o outro não prestou atenção).

 

Utilizámos muitos testes para além do Teste de Pega de Nine-Hole para medir a dor, espasticidade, concentração, memória, e a forma como os pacientes podiam realizar diferentes movimentos com e sem ajuda. Alguns testes eram apenas questionários que perguntavam sobre as actividades diárias, tais como se o paciente podia vestir uma T-shirt sem ajuda. Realizámos 18 testes com cada paciente, e uma pontuação mais elevada no teste combinado indicou uma melhoria maior nestes testes (Figura 3C). Os nossos resultados mostraram que a terapia BCI ajudou a maioria dos pacientes a recuperar o movimento e/ou a reduzir a espasticidade nas mãos e nos braços. Verificámos que a terapia funciona melhor para os pacientes que atingem mais de 80% de precisão. A terapia BCI funcionou mesmo muitos anos após o acidente vascular cerebral do paciente. Um paciente participou 31 anos após o acidente vascular cerebral e ainda melhorou! Os nossos resultados disseram-nos que a terapia BCI ajudou o cérebro dos pacientes a aprender a controlar melhor os seus movimentos.

Até agora, o nosso trabalho tem-se concentrado na reabilitação dos braços e das mãos. No futuro, utilizaremos a terapia BCI em pacientes com pernas afectadas por AVC, para melhorar a sua velocidade de marcha. O AVC pode ter um forte impacto nas pessoas de muitas maneiras, e assim há uma forte necessidade de explorar novas formas de os ajudar a recuperar. Com investigação e desenvolvimento adicional do nosso grupo e de outros grupos, esperamos desenvolver melhores métodos e dispositivos terapêuticos para que os doentes possam de novo realizar movimentos para o trabalho, diversão, eventos sociais, e actividades da vida diária.

Este artigo foi publicado em Frontiers For Young Minds, 1 de Outubro de 2021.

Glossário

Hemisférios: As metades direita e esquerda do cérebro. O hemisfério esquerdo controla o movimento do lado direito do corpo, e vice-versa.
Espasticidade: Esta desordem pode incluir espasmos (movimentos involuntários), músculos rígidos ou apertados, dor, e reflexos hiperactivos. As pessoas podem ter problemas de postura, marcha, actividades diárias típicas, e outros movimentos.
Electroence-Phalograma (EEG): Uma medição da actividade eléctrica natural produzida pelo cérebro, obtida através de eléctrodos colocados na cabeça.
Eléctrodos: Pequenos sensores que detectam a actividade cerebral. Os eléctrodos EEG são geralmente pequenos, discos de metal montados numa tampa, que não penetram na pele nem causam dor.
Interface Cérebro-Computador (BCI): Sistema que utiliza medições directas da actividade cerebral para proporcionar comunicação e controlo em tempo real. A maioria dos BCI usa o EEG para medir a actividade cerebral.
Função Motora: A capacidade de mover partes do corpo.
Plasticidade Cerebral: A notável capacidade do cérebro de mudar a si próprio para se adaptar a novas informações e situações, tais como a terapia. Esta capacidade ajuda as pessoas a recuperar de AVC e outras lesões.