Eletrodos estáveis ​​para interface cérebro-máquina vestível de longo prazo

Dispositivos médicos vestíveis são uma parte importante do futuro da medicina e um foco importante de pesquisadores em todo o mundo. Eles abrem as portas para o monitoramento contínuo de longo prazo de pacientes fora do ambiente médico para fornecer aos médicos uma imagem precisa do que está acontecendo e uma melhor chance de tratar efetivamente suas doenças.

Pesquisadores da Universidade do Texas em Austin desenvolveram um eletrodo de eletroencefalografia (EEG) que os pacientes usam na cabeça para monitorar cérebro atividade. O sistema de eletrodos de EEG poderia atuar como uma interface cérebro-computador (BCI), que pode ser controlada por sinais cerebrais para ajudar a reparar danos ao cérebro causados ​​por derrames e outros distúrbios.

Este eletrodo, mostrado em um novo artigo publicado na revista Biossensores e Bioeletrônica, pode ser usado confortavelmente e estável por até quatro semanas, sem a necessidade potencial de qualquer equipe médica intervir para mantê-lo. Esta é uma grande melhoria em relação ao que está disponível hoje, pois esses tipos de eletrodos geralmente precisam ser substituídos a cada poucas horas ou dias, na melhor das hipóteses.

“Esperamos que as pessoas possam usar isso em casa por longos períodos e fazer sua reabilitação lá, em vez de ter que ir à clínica ou Centro de Reabilitação todos os dias durante semanas, o que é ainda mais desafiador quando você está se recuperando de um derrame”, disse Huiliang (Evan) Wang, professor assistente do Departamento de Engenharia Biomédica da Escola de Engenharia Cockrell e um dos líderes do projeto.

Os eletrodos de EEG hoje vêm em dois tipos principais, secos e úmidos, nenhum dos quais funciona bem para monitoramento consistente de longo prazo. Os eletrodos úmidos, que são à base de gel, fazem um melhor trabalho de gravação atividade cerebral mas exigem muito mais manutenção do que eletrodos secos.

O novo eletrodo dos pesquisadores tem os benefícios de um eletrodo à base de gel úmido e elimina grandes desvantagens, como a tendência de secar e depois cair. O projeto se baseia em uma solução promissora nas fases iniciais de pesquisa que envolve o uso de polímeros condutores como base para os eletrodos.

Os pesquisadores levaram essa ideia para o próximo nível usando polímeros condutores juntamente com polímeros com alto teor de água. Isso permite que eles aproveitem os benefícios dos materiais à base de gel, principalmente porque podem fornecer gravações precisas, apesar da interferência causada pela pele e pelo cabelo, um conceito conhecido como impedância eletrodo-pele.

Wang e sua equipe se juntaram ao corpo docente do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Família Chandra: o professor José del R. Millán e o professor assistente Yaoyao Jia, ambos especialistas em BCI. Juntos, eles desenvolveram e caracterizaram o novo sistema BCI baseado em eletrodo EEG.

O sistema de eletrodos registra atividades cerebrais, como o cérebro dizendo à mão para se mover. No entanto, um acidente vascular cerebral destrói as vias neurais entre as partes do corpo, tornando mais difícil enviar o sinal para a ação. A interface cérebro-computador combinada e a estimulação elétrica funcional podem traduzir pensamentos sobre mover uma parte do corpo em ações que estimulam a área-alvo a realizar o comando do cérebro. Essa abordagem pode ajudar a reconstruir as vias de comunicação entre o cérebro e o resto do corpo que foi danificado por um derrame.

“Esses novos eletrodos de EEG têm o potencial de revolucionar o campo da BCI não invasiva, que atualmente requer suporte especializado substancial para configurar o sistema a cada sessão”, disse del Millán. “Além disso, como dominar um BCI – e induzir a recuperação funcional, bem como a plasticidade cerebral – requer treinamento do sujeito, ter um sistema permanente que as pessoas possam utilizar o dia todo de forma autônoma aumentará o potencial dessa tecnologia”.

O próximo passo para os pesquisadores é expandir por quanto tempo o eletrodo pode ser usado e os tipos de atividades que este wearable baseado em EEG interface cérebro-computador pode facilitar. Eles também estão analisando aplicações como controlar uma cadeira de rodas, mover próteses e mais.

A equipe inclui Ju-Chun Hseih, Richard Anderson, Kai Wing Kevin Tang, Wenliang Wang e Ilya Pyatnitskiy do Departamento de Engenharia Biomédica; Hussein Alawieh, Fumiaki Iwane e Linran Zhao do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Família Chandra; Syed Abdullah, do Departamento de Psicologia da Faculdade de Artes Liberais da UT Austin; e Yang Li do Departamento de Engenharia Química Polytechnique Montreal.