Modelo neuromórfico para estimulação transcutânea e otimização dos níveis de percepção sensorial

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Costa, Ana Clara Pereira Resende da
• Orientador(a): Soares, Alcimar Barbosa
• Banca de defesa: Siqueira Junior, Ailton Luiz Dias , Viera, Marcus Fraga , Oliveira, Sérgio Ricardo de Jesus
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Uberlândia
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Engenharia Biomédica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Amputados de Membro Superior; Feedback sensorial tátil; Modelo Neuromórfico; Percepção Sensorial; Eletroestimulação Transcutânea; Superior Member Amputees; Tactile sensory feedback; Neuromorphic Model; Sensory Perception; Transcutaneous Electro Stimulation
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/31236; http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.24

Estima-se que no Brasil cerca de 16.064 pessoas sofreram algum tipo de amputação ou desarticulação de membro superior nos últimos 10 anos. Na tentativa de restaurar partes das funcionalidades motoras e sensoriais perdidas com a amputação se faz necessário uso de próteses, porém mesmo as próteses comerciais mais avançadas, tais como as mioelétricas, não são capazes de restaurar importantes funcionalidades, resultando em um alto índice de abandono do uso do membro protético. Estudos apontam que um dos principais motivos desse abandono é a ausência do feedback sensorial tátil, o qual é responsável por estimar a textura, a forma e a complacência de diferentes materiais, permitindo ao usuário ajustar as forças necessárias na manipulação de objetos, evitando assim o escorregamento. Na ausência do feedback tátil, os usuários se tornam dependentes de outros tipos de feedback, como visual ou auditivo, que nem sempre são eficazes. Existe assim, a necessidade de desenvolver estratégias capazes de fornecer uma retroalimentação tátil informativa àqueles usuários. A eletroestimulação de superfície pode ser uma técnica viável na restauração dessa funcionalidade, uma vez que a técnica é capaz de fornecer diferentes modalidades de sensação, tais como pressão e vibração. Entretanto, ainda existe a necessidade de desenvolver um modelo capaz de combinar a saída de sensores táteis artificias de alta densidade em poucos canais de eletroestimulação, e determinar qual a melhor modulação dos parâmetros de estimulação para fornecer estímulos eletrotáteis discrimináveis. Visando superar essa limitação, esse trabalho propõe um modelo neuromórfico, inspirado na dinâmica intracelular do núcleo cuneiforme, capaz de codificar e otimizar informações provenientes de sensores táteis artificiais de alta densidade, que poderá futuramente ser utilizado na restauração da retroalimentação sensorial tátil em amputados. Esse modelo foi implementado visando combinar sinais advindos de 16 taxels, modelados como aferentes primários cutâneos do tipo 1, em uma única saída de spikes. Em sequência este estudo busca caracterizar a sensação causada por eletroestimulação transcutânea modulada em frequência e amplitude, para viabilizar a otimização da percepção sensorial dos estímulos gerados pelo modelo bioinspirado. Os resultados desse trabalho demonstram que o modelo neuromórfico proposto possui a capacidade de fornecer uma saída de disparo distinta para diferentes tipos de estímulos, aqui foi avaliado a capacidade desse modelo separar oito texturas naturalísticas, reforçando a imensa capacidade de segregação e generalização de informações do neurônio cuneiforme modelado. Evidenciando que esse modelo é capaz de restabelecer a restauração adequada da retroalimentação tátil que possibilitaria ao usuário, inclusive, distinguir diferentes grupos de texturas naturalísticas com apenas um canal de eletroestimulação, desde que considerado a percepção sensorial do usuário final. Uma vez que, foi demonstrado que a percepção a eletroestimulação varia individualmente e que a amplitude de estimulação influencia diretamente na percepção de variação de frequência. Sendo necessário determinar individualmente, a depender do local de estimulação e largura de pulso, a amplitude e faixa de frequência de estimulação, para a devida otimização das percepções sensoriais e modulação da saída do modelo bioinspirado aqui proposto para uma restauração adequada do feedback sensorial tátil.