Pessoas com esclerose lateral amiotra³fica (ELA) sofrem um decla­nio gradual em sua capacidade de controlar seus maºsculos. Como resultado, muitas vezes perdem a capacidade de falar, dificultando a comunicação com outras pessoas.

Uma equipe de pesquisadores do MIT projetou agora um dispositivo extensa­vel semelhante a  pele que pode ser conectado ao rosto do paciente e medir pequenos movimentos, como uma contração muscular ou um sorriso. Usando essa abordagem, os pacientes podem comunicar uma variedade de sentimentos, como “Eu te amo” ou “Estou com fome”, com pequenos movimentos que são medidos e interpretados pelo dispositivo.

Os pesquisadores esperam que seu novo dispositivo permita que os pacientes se comuniquem de uma forma mais natural, sem ter que lidar com equipamentos volumosos. O sensor vesta­vel éfino e pode ser camuflado com maquiagem para combinar com qualquer tom de pele, tornando-o discreto.

“Nossos dispositivos não são apenas malea¡veis, macios, descarta¡veis ​​e leves, mas também visualmente invisa­veis”, diz Canan Dagdeviren, professor assistente de desenvolvimento de carreira da LG Electronics em artes e ciências da ma­dia no MIT e lider da equipe de pesquisa. “Vocaª pode camufla¡-lo e ninguanãm pensaria que vocêtem algo na pele.”

Os pesquisadores testaram a versão inicial de seu dispositivo em dois pacientes com ELA (um feminino e um masculino, para equila­brio de gaªnero ) e mostraram que ele podia distinguir com precisão três expressaµes faciais diferentes - sorriso, boca aberta e la¡bios franzidos.

Farita Tasnim, estudante de pós-graduação do MIT, e o ex-cientista Tao Sun, são os principais autores do estudo, que aparece hoje na Nature Biomedical Engineering . Outros autores do MIT são a graduanda Rachel McIntosh, a pa³s-doutoranda Dana Solav, o cientista pesquisador Lin Zhang e o gerente saªnior de laboratório David Sadat. Yuandong Gu do Instituto de Microeletra´nica A * STAR em Cingapura e Nikta Amiri, Mostafa Tavakkoli Anbarani e M. Amin Karami da Universidade de Buffalo também são autores.

O laboratório de Dagdeviren, o grupo Conformable Decoders , éespecializado no desenvolvimento de dispositivos eletra´nicos conforma¡veis ​​(flexa­veis e ela¡sticos) que podem aderir ao corpo para uma variedade de aplicações médicas. Ela ficou interessada em trabalhar em maneiras de ajudar os pacientes com distúrbios neuromusculares a se comunicarem depois de conhecer Stephen Hawking em 2016, quando o fa­sico de renome mundial visitou a Universidade de Harvard e Dagdeviren era um membro jaºnior na Sociedade de Fellows de Harvard.

Hawking, que faleceu em 2018, sofria de uma forma de ELA de evolução lenta. Ele foi capaz de se comunicar usando um sensor infravermelho capaz de detectar contrações musculares em sua bochecha, que movia o cursor por linhas e colunas de letras. Embora eficaz, esse processo pode consumir muito tempo e exigir equipamentos volumosos.

Outros pacientes com ELA usam dispositivos semelhantes que medem a atividade elanãtrica dos nervos que controlam os maºsculos faciais. No entanto, essa abordagem também requer equipamentos pesados ​​e nem sempre éprecisa.

“Esses dispositivos são muito ra­gidos, planos e quadrados, e a confiabilidade éum grande problema. Vocaª pode não obter resultados consistentes, mesmo com os mesmos pacientes no mesmo dia ”, diz Dagdeviren.

A maioria dos pacientes com ELA também acaba perdendo a capacidade de controlar seus membros, portanto, digitar não éuma estratanãgia via¡vel para ajuda¡-los a se comunicar. A equipe do MIT decidiu projetar uma interface vesta­vel que os pacientes pudessem usar para se comunicar de uma forma mais natural, sem o equipamento volumoso exigido pelas tecnologias atuais.

O dispositivo que eles criaram consiste em quatro sensores piezoelanãtricos embutidos em uma fina pela­cula de silicone. Os sensores, feitos de nitreto de aluma­nio, podem detectar a deformação meca¢nica da pele e convertaª-la em uma voltagem elanãtrica que pode ser facilmente medida. Todos esses componentes são fa¡ceis de produzir em massa, então os pesquisadores estimam que cada dispositivo custaria cerca de US $ 10.

Os pesquisadores usaram um processo chamado correlação de imagem digital em voluntários sauda¡veis ​​para ajuda¡-los a selecionar os locais mais aºteis para colocar o sensor. Eles pintaram um padrãoaleata³rio de manchas em preto e branco no rosto e, em seguida, tiraram muitas imagens da área com várias ca¢meras enquanto os sujeitos realizavam movimentos faciais, como sorrir, contrair a bochecha ou pronunciar o formato de certas letras. As imagens foram processadas por um software que analisa como os pequenos pontos se movem em relação uns aos outros, para determinar a quantidade de tensão experimentada em uma única área.

“Ta­nhamos sujeitos fazendo movimentos diferentes e criamos mapas de deformações de cada parte do rosto”, diz McIntosh. “Em seguida, olhamos nossos mapas de deformação e determinamos onde esta¡vamos vendo onívelde deformação correto para nosso dispositivo e determinamos que aquele era um local apropriado para colocar o dispositivo para nossos testes.”

Os pesquisadores também usaram as medições das deformações da pele para treinar um algoritmo de aprendizado de ma¡quina para distinguir entre um sorriso, boca aberta e la¡bios franzidos. Usando esse algoritmo, eles testaram os dispositivos com dois pacientes com ELA e foram capazes de atingir cerca de 75 por cento de precisão na distinção entre esses movimentos diferentes. A taxa de precisão em indivíduos sauda¡veis ​​foi de 87 por cento.

“O monitoramento conta­nuo dos movimentos faciais desempenha um papel fundamental nas comunicações não verbais para pacientes com doenças neuromusculares. Atualmente, a abordagem dominante éo rastreamento de ca¢meras, que apresenta um desafio para o uso conta­nuo e porta¡til ”, diz Takao Someya, professor de engenharia elanãtrica e sistemas de informação e reitor da Escola de Engenharia da Universidade de Ta³quio, que não esteve envolvido em o estudo. “Os autores desenvolveram com sucesso sensores piezoelanãtricos finos, usa¡veis, que podem decodificar de forma confia¡vel tensaµes faciais e prever a cinema¡tica facial.”

Com base nesses movimentos faciais detecta¡veis, uma biblioteca de frases ou palavras poderia ser criada para corresponder a diferentes combinações de movimentos, dizem os pesquisadores.

“Podemos criar mensagens personaliza¡veis ​​com base nos movimentos que vocêpode fazer”, diz Dagdeviren. “Vocaª pode criar tecnicamente milhares de mensagens que, no momento, nenhuma outra tecnologia estãodispona­vel para fazer. Tudo depende da configuração da sua biblioteca, que pode ser projetada para um determinado paciente ou grupo de pacientes. ”

As informações do sensor são enviadas para uma unidade de processamento porta¡til, que as analisa usando o algoritmo que os pesquisadores treinaram para distinguir os movimentos faciais. No prota³tipo atual, esta unidade éconectada ao sensor, mas a conexão também poderia ser feita sem fio para facilitar o uso, dizem os pesquisadores.

Os pesquisadores entraram com o pedido de patente desta tecnologia e agora planejam testa¡-la com outros pacientes. Além de ajudar os pacientes a se comunicarem, o dispositivo também pode ser usado para rastrear a progressão da doença de um paciente ou para medir se os tratamentos que estãorecebendo estãotendo algum efeito, dizem os pesquisadores.

“Existem muitos ensaios clínicos que estãotestando se um determinado tratamento éou não eficaz para reverter a ALS”, diz Tasnim. “Em vez de apenas depender dos pacientes para relatar que se sentem melhor ou mais fortes, este dispositivo pode fornecer uma medida quantitativa para monitorar a efica¡cia.”

A pesquisa foi financiada pelo MIT Media Lab Consortium, pela National Science Foundation e pelo National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering.