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CUNHA JC, CENDON RV, NOHAMA P - Tecnologias assistivas para indivduos surdo-cegos J Bras Neurocirurg 20 (1): 53-72, 2009

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ABSTRACT

Introduction: In recent decades, new technologies for assis-tance, many based on electronics and computers, have been adapted for more effective ways to promote sensory substi-tution for individuals with hearing and visual disabilities. Methods: The research in cognitive neuroscience has had a considerable quantitative and qualitative leap, allowing amaz-ing advances in knowledge of the interactions between the cog-nitive and sensory-motor actions. This is especially true for the improvements offered to deaf-blind individuals whom, due to the use of technological devices have been able to reduce social exclusion to which they are often submitted to. Results: This article is a review of key technologies available to the ac-cessibility and social inclusion of these individuals, seeking in this way gather elements for future research and technologi-cal developments in the area of alternative communication. Conclusion: Social inclusion of any individual comes up often in educational aspects and, given the framework of exclusion that is submitted to the holder of this deficiency, the solution parts of improving the conditions of access to forms of commu-nication and increasing in cognitive processes,with reduction of the barrier between the real world and the universe of these disabilities. Key-words: deafblind, rehabilitation engineering, tactile display, electrotactile, vibrotactile.

SUMRIO

Introduo: nas ltimas dcadas, novas tecnologias de as-sistncia, muitas baseadas em eletrnica e computao, tm sido adaptadas para formas mais efetivas de promover a subs-tituio sensorial para indivduos portadores de deficincia auditiva e visual. Mtodos: as pesquisas em neurocincia cog-nitiva tiveram um salto qualitativo e quantitativo consider-vel, permitindo avanos surpreendentes no conhecimento das interaes entre as aes cognitivas e sensrio-motoras. Isto especialmente verdadeiro para as melhorias proporciona-das aos indivduos surdo-cegos que se utilizando de aparatos tecnolgicos tem conseguido diminuir a excluso social a que muitas vezes so submetidos por conta de suas deficincias. Resultados: o presente artigo faz uma reviso das principais tecnologias disponveis para a acessibilidade e a incluso so-cial destes indivduos, buscando desta forma reunir subsdios para futuras pesquisas e desenvolvimentos tecnolgicos na rea de comunicao alternativa. Concluso: a incluso so-cial de qualquer indivduo esbarra muitas vezes em aspectos educacionais e, diante do quadro de excluso a que sub-metido o portador desta deficincia, a soluo parte da me-lhoria das condies de acesso s formas de comunicao e incremento nos processos cognitivos, diminuindo a barreira existente entre o mundo real e o universo destes deficientes. Palavras-chave: surdo-cego, engenharia de reabilitao, dis-play ttil, eletrottil, vibrottil.

Tecnologias assistivas para indivduos surdo-cegos Assistive technologies for deaf-blind people

Jos Carlos da Cunha1,2 Rodrigo Villaverde Cendon1

Percy Nohama1,3

1 Universidade Tecnolgica Federal do Paran (UTFPR) - Depto. de Ps-Graduao em Engenharia Eltrica e Informtica Industrial (CPGEI)2 Universidade Positivo - Depto. de Engenharia da Computao3 Pontifcia Universidade Catlica do Paran - Programa de Ps-Graduao em Tecnologia em Sade (PPGTS)

Recebido em outubro de 2008. Aceito em novembro de 2008.

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INTRODUO

De forma geral, a comunicao com indivduos surdos, cegos ou surdo-cegos emprega basicamente a substituio sensorial, transferindo para um sentido remanescente a funo perdida. Com a perda da viso, a audio e o tato naturalmente se so-bressaem muito alm do normal; viso e tato fazem o mesmo para a audio e, em casos raros, no qual ambos, viso e au-dio esto ausentes, como no caso de Helen Keller (Keller, 2001; Keller, 2008), o tato prov o contato primrio com o mundo externo.

Para pessoas que so tanto surdas quanto cegas, a comunica-o efetuada pelos mtodos da linguagem dos toques (fingers-pelling), na qual a comunicao se processa pelos dedos do interlocutor na palma da mo do deficiente, formando um al-fabeto, e pelo mtodo Tadoma - no qual o deficiente recebe a informao posicionando a mo sobre a face do comunicador - tem proporcionado um meio pelo qual esses indivduos podem receber mensagens de outras pessoas (Reilly, 1992).

A perda de qualquer uma das funes sensoriais causa um de-sequilbrio na percepo humana, em maior ou menor escala. A interao com o ambiente to eficaz e espontnea que se torna difcil avaliar as extensas operaes por trs at mesmo da experincia sensorial mais simples, como assistir a um con-certo de uma orquestra sinfnica ao ar livre ou em uma sala de concertos, nos quais as percepes espaciais, temporais, auditivas, visuais, tteis, entre outras, produzem uma srie de emoes e interpretaes totalmente particularizadas para cada indivduo. Os olhos proporcionam uma viso panormica e ao mesmo tempo reforam o senso de orientao, direo e equi-lbrio; os ouvidos esto em constante ateno aos sons que o cercam e o olfato e o paladar podem propiciar uma percepo de cheiros e gostos agradveis ou no sobre a regio na qual se realiza o concerto. De forma simultnea, o indivduo pode estar sentindo a umidade do ar, frio ou calor, sede ou fome, cansao, dores musculares, e uma srie de sensaes que lhe so infor-madas ininterruptamente ao longo da vida (Kanashiro, 2003).

Diversos autores tm sugerido que os sentidos dos seres huma-nos a viso, o olfato, a audio, o tato e o paladar enquanto receptores sensoriais de mensagens do ambiente e envio de si-napses, so igualmente transmissores de experincias emocio-nais. Os rgos sensoriais permitiriam aos seres humanos ter sentimentos intensos pelo espao, de modo a criar um modelo espacial e temporal do mundo por meio dos sentidos. Essas relaes de construo dos sentidos na mente humana ocorrem atravs de um processo cognitivo, o qual possui fases distintas de percepo (campo sensorial), seleo (campo da memria) e atribuio de significados (campos de raciocnio). De modo geral, outros estudos de percepo ambiental diferenciam a

percepo da cognio: a primeira refere-se a situaes em que a resposta depende das propriedades fsicas e dos estmulos, enquanto a segunda relaciona-se ao conhecimento e, assim, a vrios meios de conscincia, significado e simbolismo (Ka-nashiro, 2003).

Na figura 1, pode-se observar um modelo perceptivo, o qual sugere como o meio ambiente percebido pode ser imaginado a partir de estmulos exteriores e, por outro lado, como os fil-tros podem evocar ou distorcer diferentes imagens do mundo real. importante destacar que os filtros podem variar cultu-ralmente, resultando na imagem do mundo percebido como um todo coerente. Paralelamente, a interao das pessoas para com o meio ambiente tambm dependeria de certos significados in-dividuais construdos. Basicamente, pode-se dizer que as ima-gens seriam tipos de estruturas ou de esquemas imaginativos que incorporariam certos tipos de ideais e um determinado conhecimento de como o mundo real funciona. Uma ima-gem, segundo Serpa (2002), vai estabelecer-se em uma coo-perao entre o real e o irreal, pela participao da funo do real na funo do irreal. De acordo com Tuan (1974), um ser humano percebe o mundo simultaneamente atravs de todos os sentidos. Neste aspecto, a apreenso do espao seria mul-ti-sensorial, concluso que permite fazer uma relao entre o cotidiano urbano e a percepo atravs dos sentidos humanos, em especial a viso, o olfato, a audio e o tato, j que a influ-ncia do paladar praticamente nula, salvo quando associada ao olfato (Kanashiro, 2003).

Se por um lado a percepo do mundo processa-se pelo con-junto das percepes dos sentidos, como visto anteriormente, principalmente pela viso e pela audio, h que se considerar o caso no qual esses sentidos esto prejudicados e, em casos extremos, totalmente ausentes no indivduo. Se para um in-dividuo com cegueira ou surdez o mundo torna-se cheio de obstculos, imagine o que ocorre com aqueles em que existem mltiplas deficincias sensoriais, na qual audio e viso so deficientes ou totalmente ausentes e ainda podem estar asso-ciadas a outros comportamentos e comprometimentos, na rea fsica, intelectual ou emocional e dificuldade de aprendizagem. Nesses casos, com muita freqncia os canais de viso e au-dio no so os nicos afetados, pois outros sistemas, como os sistemas ttil, vestibular, proprioceptivo, olfativo e gustati-vo tambm o so, criando srias limitaes no funcionamento, aprendizagem e desenvolvimento do indivduo. No caso de um indivduo com surdo-cegueira, este no um surdo que no pode ver, nem um cego que no pode ouvir. No se trata de uma simples somatria de surdez e cegueira, nem s de um problema de comunicao e percepo. Quando a viso e a audio esto gravemente comprometidas, os problemas re-lacionados aprendizagem dos comportamentos socialmente aceitos e a ateno ao meio se multiplicam, limitando a este indivduo a antecipao do que vai ocorrer sua volta, dimi-

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nuindo sensivelmente sua motivao na explorao do ambien-te em que convive, requerendo, desta forma, incentivos extras para que desenvolva novas formas de aprendizagem para com-pensar suas dificuldades visuais e auditivas e para estabelecer e manter relaes inter-pessoais. Para essas pessoas, as trocas interativas precisam ser orientadas para o desenvolvimento dos sentidos remanescentes, entre eles o cutneo, cinestsico cor-poral e sensorial, gustativo e olfativo, como forma de acesso informao na ausncia dos sentidos da viso e audio. Desta forma, pretende-se possibilitar ao indivduo um acesso que su-pra suas necessidades especiais de comunicao, da extrema dificuldade na conquista de metas educacionais, vocacionais, recreativas, sociais, para acessar informaes e compreender o mundo que o cerca.

Figura 1. Modelo de percepo sensorial considerando os aspectos psicofsicos e cognitivos e os aspectos relacionados s deficincias fsicas.

Utilizando o modelo perceptivo visto na figura 1, percebe-se que, com a aplicao de mecanismos adequados de estimula-o em indivduos surdo-cegos, pode-se melhorar sua interao com o meio em que vive, oferecendo-lhe novas perspectivas de socializao e educao, a partir de estmulos exteriores. Se forem considerados os filtros como formas distintas de deco-dificar as informaes ambientais, pode-se evocar diferentes imagens de mundo real. Como esses filtros podem variar culturalmente e, no caso especfico de um indivduo surdo-cego, dependem da construo de imagens virtuais atravs de outras percepes que no a visual e auditiva, o resultado da imagem formada do mundo real no pode ser percebido como um todo coerente, mas sim como percepes muito dbeis, dependentes de certos significados individuais construdos ao longo de suas vidas. Pode-se pensar que as imagens ou percep-es estabelecer-se-o numa cooperao entre o real e a que o indivduo recebe de informao desta, atravs dos sentidos remanescentes. Como os dois principais canais de percepo no surdo-cego esto ausentes, resta os demais, principalmente o tato, que pode fornecer um universo de informaes, se utili-zados de forma otimizada. Segundo Castro & Cliquet (2001), a funo tctil tem sido estudada para servir como uma entrada sensorial suplementar, podendo auxiliar e at mesmos substi-tuir uma outra funo sensorial.

ESTADO DA ARTE

Existem dois mtodos artificiais de estimulao, comumente utilizados para promover a sensao ttil: a estimulao ele-trocutnea ou eletrottil e a estimulao vibrottil. Ambos tm sido largamente utilizados em sistemas de substituio senso-rial para deficientes fsicos (Kaczmarek et al., 1991-1; Szeto & Saunders, 1982). A estimulao vibrottil vem sendo aplicada na substituio visual para cegos. Em particular, a estimula-o eletrotctil tem se mostrado uma tcnica promissora para a implementao de uma comunicao suplementar atravs da funo tctil. A informao sobre o ambiente, especialmente acstica e visual, deve ser codificada por meio da variao de parmetros de estimulao que sero interpretados, possibili-tando ao indivduo relacionar a sensao tctil evocada infor-mao que se deseja transmitir (Castro e Cliquet, 2001). Essas informaes, produzidas por estimulao eltrica dos nervos, so evocadas atravs de eletrodos de superfcie na pele do in-divduo, que recebem a informao codificada de um sistema computacional e compem a interface entre o mundo real e o mundo virtual.

A estimulao eletrottil ou eletrocutnea consiste na estimu-lao localizada de receptores e fibras cutneas do sistema

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nervoso aferente, pela aplicao de pequenas cargas eltricas na pele. O sentido do tato pode ser dividido em diferentes mo-dalidades, a saber: dor, presso e temperatura. Existem vrios tipos de receptores cutneos e terminaes nervosas, incluindo as terminaes nervosas livres, Corpsculos de Meissner e de Pacini, entre outras estruturas presentes na pele. Infelizmen-te, no existe um relacionamento simples entre a modalidade de sensao e o tipo de receptor. Desta forma, a estimulao eletrocutnea pode afetar qualquer receptor ou fibra, causando uma variabilidade na qualidade de sensaes, dependendo de vrios parmetros, incluindo a configurao dos eletrodos uti-lizados, a hidratao da pele e o local do corpo em que se est aplicando o estmulo (Eves & Novak, 1996).

A estimulao vibrottil gerada a partir de estmulos mecni-cos sobre a pele, atuando sobre os principais mecanoreceptores. Os principais atuadores de estimulao vibrottil so eletrome-cnicos, podendo constituir-se de pequenos motores com peso desbalanceado gerando vibraes ou eletroms semelhantes aos de impressoras matriciais, atuadores piezoeltricos, os quais geram pequenas vibraes a partir de uma corrente el-trica e acionadores baseados em SMA (Shape Memory Alloy Ligas com Memria de Forma), que realizam um movimento a partir de um estmulo eltrico (Pereira, 2006).

Quando comparados, cada mtodo tem suas vantagens e des-vantagens, dependendo do critrio de escolha. Entretanto, dois critrios tm sido utilizados para definir o mtodo a ser empre-gado: rapidez com que o sistema pode ser implementado e o seu custo, o que tem mostrado que os mtodos de estimulao eletrottil so mais atraentes e mais apropriados s aplicaes com surdo-cegos. Outros critrios que devem ser observados, de fundamental importncia quando se deseja desenvolver sis-temas de substituio sensorial, esto relacionados resoluo espacial e temporal, que possibilitam incrementar a dinmica e eficincia do sistema (Kacsmarek et al., 1991-1).

Diversas pesquisas foram realizadas com o intuito de compa-rar o funcionamento dos atuadores eletrotcteis com os vibro-tcteis. Essas apontam a utilizao de atuadores eletrotcteis como uma evoluo dos vibrotcteis, tanto no quesito fsico, como tamanho, corrente necessria para estimulao, aqueci-mento, quanto no quesito psicofsico, como tipos de sensaes e possibilidade de codificao das informaes (Kacsmarek et al., 1991-1; Kaczmarek et. al., 1991-2).

MECANORRECEPTORES DA PELE

A pele contm diversos receptores sensoriais, os quais podem ser classificados como mecanorreceptores e que so forma-

dos por estruturas anatomo-fisiolgicas que captam estmu-los mecnicos nos organismos, como nos ouvidos, onde so capazes de captar ondas sonoras, nos rgos de equilbrio e, principalmente na pele, recebendo e decodificando uma srie de sensaes tteis. A pele o maior rgo sensorial do ser humano e recebe, a todo instante, diversos tipos de estmulos que so enviados ao encfalo. H uma grande rea do crtex cerebral responsvel pela coordenao das funes sensoriais da pele, em particular das mos e dos lbios. Muitos dos recep-tores sensoriais da pele so terminaes nervosas livres. Algu-mas delas detectam dor, outras detectam frio e outras calor. Os neurnios associados aos receptores decodificam a intensidade do estmulo atravs da freqncia com que os potenciais de ao so gerados, de forma que estmulos muito fortes evocam grandes potenciais de receptor que, quando atingem o limiar de excitao, geram potenciais de ao com uma freqncia muito grande. A intensidade do estmulo tambm pode ser de-codificada segundo o tamanho da populao de receptores para o dado estmulo. Estmulos fortes acionam um grande nmero de neurnios receptores (Bear et al., 2002).

Figura 2. Discriminao seletiva entre dois pontos na superfcie corporal (adap-tado de Bear et al., 2002. Neurocincias Desvendando o Sistema Nervoso, 2 ed. Porto Alegre: Artmed, 2002).

Uma caracterstica especial dos receptores em geral e dos mecanorreceptores em particular, o fato de que, depois de determinado perodo de tempo, estes adaptam-se total ou par-cialmente aos estmulos a que so sensveis, respondendo, ini-cialmente com uma freqncia de impulsos muito alta e, com

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o passar do tempo, h uma queda progressiva da freqncia de resposta, at que, finalmente, muitos deles deixam de respon-der. Existem dois tipos de receptores quanto adaptao: lenta e rpida (Bear et al., 2002). Evidentemente, esta uma caracte-rstica muito crtica quando se deseja desenvolver sistemas de comunicao alternativa pelo tato, pois a forma e a freqncia com que se estimula a pele podem ser prejudicadas se a estra-tgia errada for empregada.

No caso dos receptores de adaptao lenta, enquanto o estmu-lo estiver presente, continuam a transmitir impulsos, mantendo o crebro constantemente informado sobre a situao corporal e sua relao com o meio ambiente, permitindo que se obtenha uma idia do tempo de durao do estmulo. J os receptores de adaptao rpida adaptam-se de forma rpida e reagem forte-mente enquanto uma mudana est comeando a se desenvol-ver. Estes s so estimulados quando ocorrem alteraes na po-tncia do estmulo, como nos corpsculos de Paccini, nos quais uma presso sbita aplicada sobre a pele excita esse receptor por alguns mili-segundos e, em seguida, essa excitao acaba, mesmo que a presso continue. Quando a presso liberada, o receptor capaz de transmitir novamente o sinal (Bear et al., 2002; Lent, 2001).

A intensidade de um estmulo determinada pela freqncia de disparos do potencial de ao, bem como pelo nmero de re-ceptores e neurnios sensitivos excitados no processo. Assim, quando dado um estmulo qualquer em uma zona da pele, por exemplo, atinge-se uma determinada populao de receptores, que promover impulsos para o SNC. Os neurnios centrais atingidos pelo sinal aferente so conectados por interneurnios inibitrios que, ou por meio de inibio lateral, ou por inibio progressiva, restringem a resposta zona central excitatria do campo receptor da pele (Bear et al., 2002). Por exemplo, na palma da mo h uma grande quantidade de receptores, o que diminui o tamanho do campo receptor de cada populao de neurnios. Por outro lado, nas costas, o nmero de receptores menor, ampliando o campo de cada populao de neurnios e conferindo a esta regio corporal uma menor capacidade de distino entre dois pontos, em comparao com a mo (Bear et al., 2002; Lent, 2001). Desta forma, pode-se inferir que di-ferentes regies da superfcie corporal apresentam diferentes campos receptivos e, portanto, apresentam capacidades distin-tas de diferenciar sensaes em pontos prximos, podendo esta caracterstica estar associada resoluo espacial da pele. A figura 2 mostra esta sensibilidade relativa posio da superf-cie corporal, com relao ao nvel de discriminao entre dois pontos prximos excitados.

A pele com plos e a pele glabra (como a palma das mos) pos-sui uma variedade de receptores sensoriais nas camadas da der-me e da epiderme, sendo os mais importantes os corpsculos de Meissner, responsveis pelo tato, os corpsculos de Pacini,

sensveis presso forte, os corpsculos de Krause, sensveis ao frio; os corpsculos de Ruffini, sensveis ao calor e as termi-naes nervosas livres, responsveis por transmitir a sensao de dor, conforme pode ser visto na figura 3. Cada receptor tem um axnio e, com exceo das terminaes nervosas livres, todas elas esto associadas a tecidos no-neurais (Bear et al., 2002; Lent, 2001; Reilly, 1992). Conforme a tabela I, pode-se observar que os Corpsculos de Merkel, que inervam a pele densamente (aproximadamente 100 por cm2 na ponta dos de-dos) respondem muito bem numa faixa de freqncia entre 0,3 e 3 Hz.

Figura 3: Receptores somticos da pele (adaptado de Bear et al., 2002. Neuroci-ncias Desvendando o Sistema Nervoso, 2 ed. Porto Alegre: Artmed, 2002).

Table 1

Receptor Freqncia Percepo

Disco de Merkel 0,3 3 Hz (presso alta)

Presso

Corpsculo de Meissner

3 4 Hz Flutter

Corpsculo de Ruffini

15 400 Hz Estiramento

Corpsculo de Pacini

10 500 Hz (vibrao muito rpida)

Vibrao

Tabela I: os quatro maiores receptores tteis e suas faixas de freqncia de res-posta (adaptado de Bear et al., 2002. Neurocincias Desvendando o Sistema Nervoso, 2 ed. Porto Alegre: Artmed, 2002).

Os diferentes campos receptivos dos corpsculos de Meissner e dos discos de Merkel so muito pequenos, atingindo alguns milmetros, estando localizados principalmente nas mos. J para os corpsculos de Ruffini e de Pacini, estes campos re-ceptivos so maiores. Com relao freqncia de resposta dos diferentes meconorreceptores aos estmulos de longa du-rao, os corpsculos de Meissner e de Pacini apresentam uma

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tendncia em responder rapidamente no incio do estmulo, interrompendo as descargas na seqncia, mesmo que os es-tmulos continuem, o que os caracteriza como receptores de adaptao rpida, como j visto anteriormente. Outros recep-tores, como os discos de Merkel e os corpsculos de Ruffini, so de adaptao lenta, gerando uma resposta mais persistente durante estmulos prolongados. A figura 4 mostra o padro de resposta ao estmulo de receptores de adaptao lenta e rpida, com relao ao tamanho do campo receptivo.

Figura 4: Resposta ao estmulo para diferentes estruturas da pele, quanto varia-o dos receptores, ao tamanho do campo receptivo e a taxa de adaptao lenta ou rpida (adaptado de Bear et al., 2002. Neurocincias Desvendando o Sistema Nervoso, 2 ed. Porto Alegre: Artmed, 2002).

Neste tipo de experimento, utiliza-se uma sonda de estmulo mecnico que pressionada contra a pele do indivduo, em diferentes regies da mo, dentro de um campo receptivo, atingindo alguns mecanorreceptores como os corpsculos de Meissner e de Pacini, que tendem a responder rapidamente no incio, interrompendo na seqncia os disparos, mesmo que os estmulos continuem. J para os discos de Merkel e para os cor-psculos de Ruffini, observa-se uma resposta contnua durante um estmulo prolongado, caracterizando essas estruturas como de adaptao lenta (Bear et al., 2002; Lent, 2001, Carpenter, 1993).

INIBIES LATERAL E PROGRESSIVA

Alm dos processos excitatrios locais e transmitidos do siste-ma nervoso, ocorrem tambm nas clulas nervosas processos que reduzem a atividade das estruturas neuronais participantes. Trata-se a, apenas em pequena parte, da conseqncia de uma

excitao anterior, como, por exemplo, a fase refratria que se segue a um potencial de ao em uma clula. Muito mais importantes so os processos ativos que diminuem a excitabi-lidade do neurnio. O primeiro processo chamado depresso e o segundo denominado inibio. A forma mais importante de inibio de natureza sinptica. Nesse processo, a ativao da sinapse leva a uma diminuio e no a um aumento da ex-citabilidade da membrana ps-sinptica, sendo chamadas de sinapses inibitrias. Os circuitos inibitrios servem supresso das excitaes suprfluas e excessivas. Essa tarefa executa-da principalmente por circuitos que retroagem sobre a prpria excitao, inibindo-a tanto mais intensamente quanto maior tenha sido originalmente a excitao. Alm disso, h circuitos inibitrios que durante um processo inibitrio suprimem auto-maticamente qualquer ao oposta ou asseguram que a excita-o no seja afetada por nenhuma atividade vizinha (Schmidt, 1979; Carpenter, 1993; Bksy, 1967).

Um modelo matemtico para descrever a inibio lateral, ba-seado em outros pesquisadores foi proposto por Distefano et al (1972). Neste modelo, o fenmeno inibitrio lateral pode ser descrito simplesmente como uma interao eltrica inibi-tria entre neurnios vizinhos, lateralmente espaados (clulas nervosas). Cada neurnio, neste modelo, tem uma resposta c, medida pela freqncia da descarga de pulsos no seu axnio. A resposta determinada por uma excitao r, fornecida por um estmulo externo, e reduzida por todas as influncias inibit-rias que atuem sobre os neurnios, como resultado da atividade dos neurnios vizinhos. Num sistema de n neurnios, a respos-ta de estado permanente do neurnio k-simo dada por:

onde a constante ak-i o coeficiente inibitrio da ao do neu-rnio i sobre k. Esta depende apenas da separao dos neu-rnios k-simo e i-simo e pode ser interpretada como uma funo peso espacial.

Se o efeito do neurnio i sobre k no imediatamente sentido, mas exibe um pequeno retardo de tempo t, o modelo modi-ficado fica:

Por outro lado, se a entrada rk(t) determinada apenas pela sada ck, t segundos antes de t(rk(t) = ck(t - t)), a equao

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diferencial aproximada para o sistema seria

que, dividindo-se ambos os membros por t resulta em

O primeiro membro aproximadamente igual a dck /dt para t infinitesimal. Se adicionalmente supe-se que ci(t - t)ci(t) para um t pequeno, ento tem-se uma equao diferencial aproximada do evento, sendo representada por

Na inibio lateral, a informao transformada medida que passa de um neurnio para outro em uma linha de comunicao sensorial. Conforme visto pelas equaes, existe uma ampli-ficao das diferenas nas atividades dos neurnios vizinhos, tambm conhecida como aumento do contraste. O aumento de contraste uma caracterstica comum do processamento das informaes das vias sensoriais (Bear et al., 2002).

RESPOSTA SENSORIAL ESTIMULAO DA PELE

Como se pode verificar pela Tabela II, a transduo dos es-tmulos aplicados nos diferentes tipos de receptores da pele apresentam em comum uma resposta mecanoeltrica, ou seja, converte os estmulos mecnicos, sejam estes fortes ou fracos, lentos ou rpidos, em estmulos eltricos, que so enviados ao SNC na forma de informaes espaciais e temporais. Es-ses estmulos podem variar na forma e na durao, sendo os mais comuns, a presso exercida por uma fora externa como, por exemplo, um toque de outra pessoa ou objeto ou o vento (fluxo de ar) que sensibiliza a pele e seus componentes. Da mesma forma que estes agentes mecnicos sensibilizam a pele, a estimulao eltrica da pele tambm produz uma resposta sensorial, que pode ser percebida e, portanto, utilizada na co-municao ou na estimulao eltrica funcional.

A sensibilidade sensorial estimulao eltrica depende de

uma srie de fatores, associados principalmente, mas no ex-clusivamente, forma de onda, intensidade e durao do estmulo, bem como forma da interface com a pele e a fato-res subjetivos relacionados ao indivduo. A forma mais comum de estimulao acontece pela aplicao de corrente eltrica, atravs de eletrodos cutneos ou subcutneos posicionados na regio de interesse. Outra forma de se estimular eletricamente um tecido atravs da induo eletromagntica (Reilly, 1992; Kaczmarech et al., 1990; Kaczmarech & Webster, 1989; Szeto & Saunders, 1982).

Table 2

Tipo Morfolgico Transduo Funo

Terminaes livres (Lenta)

Mecanoeltrica,Termoeltrica,Quimioeltrica

Dor, temperatura, tato grosseiro, propriocepo

Corpsculos de Meissner(Rpida)

Mecanoeltrica Tato, presso vibratria

Corpsculos de Pacini (Rpida)

Mecanoeltrica Presso vibratria

Corpsculos de Ruffini (Lenta)

Mecanoeltrica Indentao da pele

Discos de Merkel (Lenta) Mecanoeltrica Tato, presso esttica

Bulbos de Krause (Lenta) Mecanoeltrica Tato

Folculos pilosos(Rpida)

Mecanoeltrica Tato

rgos tendinosos de Golgi (Lenta)

Mecanoeltrica Propriocepo

Tabela II: Receptores da Sensibilidade Corporal quanto a transduo e funo (adaptado de Bear et al., 2002. Neurocincias Desvendando o Sistema Nervoso, 2 ed. Porto Alegre: Artmed, 2002).

Os estmulos sensoriais a que somos submetidos tm em co-mum o fato de serem uma resposta aos agentes fsicos e qu-micos do ambiente ou do prprio organismo, gerando uma resposta eltrica, proveniente dos transdutores ou receptores somticos da pele. A resposta dos receptores, chamados de ge-radores de potencial, inicia o processo de sensibilizao com um impulso nervoso, chamado de potencial de ao (PA), que viaja atravs dos axnios at a coluna espinhal, onde ocorrem sinapses com outras clulas nervosas, que se encarregam de enviar essas informaes ao sistema nervoso central. Em mui-tos casos, o caminho percorrido desde a regio do estmulo at o crebro pode variar de poucos centmetros at mais de um metro, no caso de um estmulo sendo gerado nas extremidades de nossos membros. A figura 5 ilustra esses dois mecanismos de resposta motora e sensorial (Reilly, 1992).

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Figura 5: Componentes funcionais dos neurnios motores (a) e dos neurnios sensoriais (b). As setas indicam a direo do fluxo de informao (adaptado de Reilly, J. P. Electrical Stimulation and Electropatology. New York. Cambridge Uni-versity Press, 1992).

COMUNICAO ALTERNATIVA

Como j mencionado no incio deste artigo, as tcnicas e, principalmente, as tecnologias utilizadas para a comunicao alternativa com indivduos surdo-cegos tm sido uma das pre-ocupaes de educadores, pesquisadores e engenheiros nos l-timos anos. No que diz respeito aos mtodos de comunicao alternativa com indivduos surdos, cegos e surdo-cegos, h d-cadas vm sendo utilizados a linguagem dos sinais, em espe-cial a LIBRAS (lngua brasileira de sinais), destinada especifi-camente para surdos, e o Braille, originalmente destinado para leitura por cegos. No caso especfico de surdo-cegos, tcnicas semelhantes, muitas baseadas nestes dois mtodos, tm sido desenvolvidas e aprimoradas no intuito de melhorar a quali-dade de vida dos portadores de deficincia multi-sensorial. No caso especfico do Braille, no existe diferena significativa no mtodo aplicado para cegos ou surdo-cegos, pois o canal de comunicao unicamente o tato. J para a linguagem dos si-nais, a LIBRAS ou outros alfabetos baseados em sinais visuais

em outros idiomas no pode ser utilizado por surdo-cegos, por razes bvias, sendo utilizado, portanto, mtodos e tcnicas de linguagem ou alfabeto atravs de sinais tteis, nas mos do de-ficiente. Dentre essas tcnicas est o alfabeto manual para sur-do-cegos, mostrado na figura 6 e o alfabeto em blocos, no qual a letra desenhada na palma da mo do indivduo, seguindo um padro definido, como pode ser observado na figura 7 (Pei-xoto, 2006; Puyuelo & Rondal, 2007; Miles & Riggio, 1999; Alsop, 2002; Compton, 1989; Capovilla & Raphael, 2001).

Figura 6: Alfabeto manual para surdo-cegos ou a libras ttil. Nessa tcnica os caracteres so produzidos por toques em regies especficas da mo, sendo tam-bm conhecida como libras na palma das mos (Adaptado de Pedagogia Surda, disponvel em http://www.ce.ufes.br/neesp/seminario/arquivos.html, acessado em 25/09/2008).

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Figura 7: Alfabeto em blocos para surdo-cegos. Nesta tcnica as letras so de-senhadas com o dedo do interlocutor na palmada mo do deficiente com surdo-cegueira (Adaptado de Pedagogia Surda, disponvel em http://www.ce.ufes.br/ne-esp/seminario/arquivos.html, acessado em 25/09/2008.).

Figura 8: Mtodo Tadoma. Nesse mtodo de comunicao, o indivduo surdo-cego posiciona uma ou ambas as mo sobre os lbios e o pescoo do interlocutor a fim de interpretar as movimentaes e vibraes produzidas pela fala (Adaptado de Reed at al., Journal of Speech and Hearing Research Vol.21 625-637 December 1978).

O MTODO TADOMA

O Tadoma baseia-se no mtodo de comunicao por vibrao do ensino da fala. Neste mtodo, o indivduo que est sendo en-sinado tem que colocar uma ou, em fase inicial, as duas mos na face da pessoa que est falando. A mo deve ser colocada no rosto do interlocutor ou intrprete, com o polegar tocando suavemente o lbio inferior e os outros dedos pressionando le-vemente as cordas vocais. Infelizmente este um mtodo que exige anos de treinamento e prtica, embora possa ser relati-

vamente eficiente. Alguns indivduos, com muita habilidade, podem compreender o Tadoma com a velocidade prxima ao da audio normal. Este mtodo foi utilizado pela primeira vez nos Estados Unidos, em 1926, quando Sophia Alcorn conse-guiu comunicar-se com os surdocegos Tad e Oma, nomes que deram origem palavra tadoma. A figura 8 mostra a apli-cao do Tadoma na comunicao, atravs de um interlocutor (Reed at al., 1978; Reed, et al., 1985; Kent, 1984; Rabinowitz & Durlach, 1989; Norton et al., 1977; Leotta, et al., 1988).

TECNOLOGIAS QUE UTILIZAM O TATO

Dispositivos tcteis podem prover uma srie de informaes para os indivduos cegos, surdos ou surdocegos. Atualmente existe uma srie de sistemas manuais e eletrnicos que possi-bilitam a comunicao alternativa para estes deficientes, sejam utilizando-se dos princpios do Braille ou dispositivos vibrat-rios, de forma esttica ou dinmica. Tais sistemas podem ser de alta ou baixa tecnologia (Compton, 1989). Alguns exemplos so:

Raised print: Certas tintas ou plsticos podem ser utilizados para produzir impresses em alto-relevo.

Braille: sistema que utiliza padres de pontos elevados para indicar: letras, nmeros e pontuaes.

Refreshable Braille: dispositivo utilizado em conjunto com um computador. Baseia-se na elevao e retrao de pinos em uma matriz, a fim de reproduzir os caracteres em Braille.

Optical Character Recognition (OCR) Scanners: dispositivos que convertem material impresso em formato digital, para que este possa ser convertido em Braille ou em voz.

Tellatouch: dispositivo porttil utilizado para comunicar uma letra de cada vez ao pblico.

Vibro-tactual alerting devices: informam os indivduos surdo-cegos sobre sons ambientes (toque de telefone, som de campai-nha, alarme de incndio, etc) atravs de atuadores vibrotteis.

Braille TTY Telephones: dispositivo de comunicao que atra-vs de telefonia, formado por um teclado e um display braile eletrnico. Com isto, possvel que indivduos surdo-cegos conversem distncia. Alguns dispositivos foram desenvolvi-dos para uso em conversas diretas.

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BRAILLE

O Braille , sem dvida, um dos mais mtodos de comunicao mais conhecidos e utilizados por deficientes visuais, incluin-do-se os surdocegos. A clula braille, a unidade bsica para a representao dos caracteres composta de seis pontos, em relevo, dispostos em duas colunas de trs pontos, como repre-sentado na figura 9. As permutaes desses pontos permitem 63 combinaes, com as quais se representam no s as letras do alfabeto, mas tambm os sinais de pontuao, nmeros, no-tas musicais, enfim, tudo o que se utiliza na grafia comum. As letras so formadas por meio das diferentes combinaes de pontos colocados em disposies fixas nas clulas. Por exem-plo: o ponto 1 sozinho representa o a; os pontos 1, 2 e 5 juntos representam o h (Vaz, 2002).

Com o Braille, representam-se os alfabetos latino, grego, he-braico, cirlico e outros, bem como os alfabetos e outros pro-cessos de escrita das lnguas orientais. Ao contrrio do alfabeto dos deficientes auditivos, a escrita Braille no possui smbolos que sintetizem a frase. Cada palavra tem suas letras distintas, com auxlio de pontos que indicam maisculas e espaos sufi-cientemente sensveis ao toque para melhor identificar as pala-vras. Uma das mais recentes tecnologias para converso texto - Braille o Top Braille, que alm de gerar o caractere Braille em um display, pronuncia a letra sendo lida (TopBraille, 2008). A figura 10 mostra o Top Braille.

Figura 9: Clula Braille

Figura 10: Top Braille dispositivo que converte textos em caracteres Braille ou em voz (adaptado de TopBraille, disponvel em www.top-braille.com, acessado em 28/04/2008).

BRAINPORT

Baseado em um acelermetro e uma matriz de eletrodos de ele-troestimulao, o Brainport um dispositivo capaz de informar atravs de estmulos eltricos na lngua de um indivduo a sua inclinao corporal (Danilov & Tyler, 2005).

Como o eletrodo utilizado em contato direto com a lngua do indivduo, os nveis de tenso para estimulao so significa-tivamente inferiores quando comparados aos de estimuladores eletrotteis utilizados sobre a pele. Enquanto estimuladores de superfcie trabalham com tenses entre 40 e 400V, o Brainport utiliza tenses entre 5 e 15V (Danilov & Tyler, 2005).

O acelermetro configurado de forma a mensurar a inclinao corporal do indivduo. Cada vez que o corpo inclina em qual-quer direo, o padro estimulatrio na lngua alterado, pro-movendo um feedback ao usurio, tornando este equipamento interessante para pacientes com distrbios vestibulares.

DISPOSITIVOS IMPLANTVEIS

A idia de se implantar dispositivos de reabilitao no nova: vrios tm sido os projetos bem sucedidos, desde as pesquisas pio-neiras com marca-passos, iniciados pelo engenheiro John Hopps, a partir de experincias realizadas no departamento de cirurgia da Universidade de Toronto em 1949, com o primeiro implante sendo realizado em 1958 (Virtualsciencefair, 2007; Essortment, 2008).

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Atualmente existem no mercado diversos dispositivos implan-tveis, entre estimuladores cardacos, desfibriladores carda-cos, neuroestimuladores, aparelhos auditivos, clipes usados em cirurgia de aneurisma cerebral, Stents (endoprteses), vlvulas cardacas, dispositivos intra-uterinos, sistemas transdrmicos de administrao de frmacos, entre outros.

Na rea de reabilitao sensorial vem ocorrendo algo seme-lhante, com o desenvolvimento de dispositivos para reabilita-o visual e auditiva, substituindo a funo perdida por sis-temas de aquisio e processamento de sons e imagens, ou atravs da estimulao direta do crtex, nas reas associadas a estas funes. Os mais promissores tm sido o implante cocle-ar, para os indivduos com surdez profunda e mais recentemen-te os projetos para o desenvolvimento de uma retina artificial, popularmente conhecida como olho binico e o implante de matriz de microeletrodos no crtex visual.

RETINA ARTIFICIAL

O projeto da Retina Artificial, em desenvolvimento atravs de um consrcio multi-institucional, coordenado por Mark Hu-mayun do Doheny Eye Institute na Universidade da Califrnia Los Angeles em parceria com diversos institutos e universi-dades americanas, entre os quais o Second Sight Medical Pro-ducts Inc., Los Alamos National Laboratory, North Carolina State University, Oak Ridge National Laboratory, Universida-de da Califrnia e o Instituto de Tecnologia da Califrnia j foi aprovado para testes clnicos pelas autoridades regulatrias norte-americanas (Chow, 1991; Margalit et al, 2002; Chow et al, 2003; Stelzle et al., 2004; Artificial Retina, 2008).

O sistema consiste de um conjunto de microeletrodos distri-budos na forma de uma matriz, os quais so implantados na retina, possibilitando a estimulao eltrica do nervo ptico, que, num futuro prximo ser capaz de restaurar parcialmente a viso de pacientes que se tornaram cegos devido a problemas causados pela degenerao associada ao envelhecimento. O objetivo final o de se desenvolver uma matriz com centenas de microeletrodos, proporcionando uma resoluo suficiente para restaurar, mesmo que parcialmente, a viso desses indiv-duos, possibilitando a leitura, a locomoo e o reconhecimento facial (Artificial Retina, 2008).

O sistema, que ainda est em desenvolvimento, utiliza os pin-cpios da estimulao eltrica dos tecidos, atuando como uma interface entre o mundo exterior e o sistema visual lesado pela degenerao ptica, causada por patologias como retinite pig-mentosa ou degenerao macular. A matriz de microeletrodos serve para substituir as clulas fotorreceptoras no crebro cuja

funo capturar e processar a luz. Os primeiros testes com seis pacientes que receberam o implante apresentaram resulta-dos animadores, superando as espectativas iniciais. Os volun-trios, cegos h anos, conseguiram distinguir objetos simples como pratos, copos e talheres (Artificial Retina, 2008).

O dispositivo completo, mostrado na figura 11, utiliza como base para aquisio das imagens uma pequena cmera, acopla-da a um par de culos. Esta cmera converte as informaes visuais em padres de estimulao eltrica, por meio de um sistema de processamento de sinais que tambm responsvel pela transmisso desses sinais para uma unidade receptora, implantada na parte externa do globo ocular e, com um cabo conduzindo retina, na parte traseira do olho, onde est im-plantada a matriz de microeletrodos. Inicialmente, Humayun esperava que os seis pacientes conseguissem distinguir entre claro e escuro e ver algumas zonas de cinza, pois este primeiro implante consistia de uma matriz de 16 eletrodos, o que em termos de processamento de imagens, considerando o nmero de pixels, oferece uma resuluo muito pobre. Outra verso, utilizando uma matriz com cerca de 60 eletrodos e um quarto do tamanho original de meia polegada, est sendo desenvolvi-da para implantes futuros, pretendendo-se realizar, nos prxi-mos cinco anos, testes com aproximadamente 60 pacientes em cinco centros de pesquisa dos Estados Unidos, possibilitando, caso os resultados sejam favorveis, a autilizao da tecnologia comercialmente em dois anos. A figura 12 apresenta uma viso do implante da matriz de 16 microeletrodos.

Figura 11: Viso geral do implante da retina artificial (Adaptado de Artificial Re-tina: disponvel em. http://artificialretina.energy.gov/about.shtml, acessado em 10/05/2008).

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Figura 12: Matriz com 16 microeletrodos implantada no olho humano (Adaptado de Artificial Retina: disponvel em. http://artificialretina.energy.gov/about.shtml, acessado em 10/05/2008).

Aps a aprovao da pesquisa pelo FDA e pelo comit de pes-quisa da Universidade do Sul da Califrnia, foram avaliados indivduos que reunissem as caractersticas necessrias con-tinuidade dos estudos e experimentos. O principal critrio foi o de eleger indivduos sem nenhuma percepo da luz, devido perda dos fotoreceptores e, para isso, foram realizados testes padres de eletrofisiologia e de psicofisiologia. Esses testes incluram a deteco e discriminao de flashes de luz, peri-metria esttica e dinmica, eletroretinograma (ERG), potencial evocado visual (VEP), oftalmoscopia a laser e resposta evo-cada eletricamente (EER). Condies anatmicas foram docu-mentadas atravs de fotografia do fundo do olho, angiografia por fluorescncia e tomografia por coerncia ptica (OCT) (Margalit et al., 2002; Humayun et al., 2003).

Um dos indivduos selecionados para a pesquisa foi um senhor de 74 anos, acometido de retinite pigmentosa no olho direi-to e que no tinha qualquer percepo luminosa nos ltimos 50 anos. Este olho recebeu o primeiro implante cirrgico do dispositivo eletrnico, no apresentando qualquer complicao ps-cirrgica. A figura 12 mostra o resultado do implante.

O limiar de percepo para cada um dos 16 eletrodos estimu-lados foi analisado. Uma anlise estatstica dos limiares de corrente versus o tempo mostrou que trs eletrodos apresen-taram uma diminuio significativa no limiar de corrente, 10 eletrodos no apresentaram alterao significativa nesse limiar e trs eletrodos apresentaram um incremento significativo no limiar. O limiar de corrente variou entre 39 A e 1,3 mA du-rante os primeiros dias dos testes e entre 50 e 500 A durante as 10 semanas aps a cirurgia de implante. Para a estimulao, utilizou-se pulsos bifsicos com durao de 1ms/fase, com um

intervalo de 1 ms entre os pulsos. Esse padro foi utilizado com base em estudos anteriores que sugerem que impulsos de est-mulo maiores que 0,5 ms podem atingir clulas bipolares. A impedncia dos eletrodos variou entre 4 e 55 k (a 1 kHz, com valor mdio de 23 k) durante dois meses e meio dos testes. As percepes visuais, relatadas pelo indivduo, sob a estimulao de um nico eletrodo na retina, produziram um nico spot de luz , descritos de duas formas distintas: percepo de spots de luz difusa e, menos frequentemente, na forma de um ponto de luz circulado por um anel negro. Este anel negro foi descrito como um halo, mais escuro do que o fundo em que era visto. O halo foi percebido, tipicamente, com estmulos de corrente prximo ao limiar de percepo, sendo reportada a percepo de quatro cores. O spot de luz foi normalmente descrito como amarelo ou branco e, ocasionalmente, como vermelho laran-ja. A percepo do azul foi verificada por ocasio da interrup-o da estimulao de alta freqncia (Humayun et al., 2003).

ESTIMULAO DO CRTEX VISUAL

Outra tcnica de substituio sensorial que vem sendo pesqui-sada a da estimulao da regio do crtex visual, por meio da estimulao eltrica por matriz de microeletrodos implantados nesta regio ou atravs da estimulao magntica transcraniana (TMS). Prteses corticais podem beneficiar um nmero maior de pacientes cegos devido sua localizao mais posterior no sistema visual (Fernandes et al., 2002; Rodrigues et al., 2004)

A perda visual relacionada ao nervo ptico ou ao crtex visual pode ser causada por muitas doenas. O glaucoma no estgio final (doena ocular atualmente considerada como neuropatia), uma das causas no tratveis de cegueira no mundo ocidental. A neuropatia ptica e as doenas inflamatrias do nervo pti-co so outras causas importantes de cegueira ligadas ao nervo ptico. De forma menos freqente do que as doenas do ner-vo ptico ou da retina, as doenas no crtex cerebral tambm podem causar cegueira. Hipotenso, doena vascular cerebral, meningite e tumores cerebrais so alguns exemplos de causas de cegueira a nvel central ou cerebral, caracterizando-se, na maioria das vezes, por deficincia na acuidade visual binocular simtrica, defeitos no campo visual e reaes pupilares nor-mais (Appud Rodrigues et al., 2004).

Estas duas tcnicas de estimulao baseiam-se em uma des-coberta dos anos 50, a de que o estmulo da retina com pulsos eltricos produz fosfenos, que so sensaes de viso, mesmo em pessoas cegas. Esta sensao luminosa tambm pode ser provocada por uma estimulao mecnica, como a compres-so do globo ocular atravs das plpebras, ou magntica da retina ou do crtex visual, sendo caracterizada pela sensao

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de ver manchas luminosas. A figura 13 mostra uma representa-o artstica de um fosfeno evocado pela compresso do globo ocular.

Figura 13: Representao artstica de um fosfeno, causado pela estimulao me-cnica da retina.

Nas universidades de Cambridge e Utah, um grupo de pesqui-sadores coordenados por Dobelle estudou os fosfenos na co-municao alternativa de cegos, estabelecendo as bases para o desenvolvimento de prteses visuais atravs da estimulao eltrica por eletrodos implantados no crtex cerebral, tendo, em 1976, comprovado por experimentos com cegos de longa durao, que estes conseguiram ver caracteres Braille atravs de seis eletrodos, formando a clula Braille, de forma muito mais rpida do que pelo tato. Entretanto, devido s limitaes tcnicas e clnicas da poca com o implante permanente dos eletrodos, tais como oxidao e inflamao das meninges, o estudo foi descontinuado (Dobelle et al., 1974; Dobelle, 1994; Dobelle, 2000).

Em muitos casos, as pessoas ficam cegas porque suas retinas perdem as propriedades fotoreceptoras, estando, entretanto, o restante do seu sistema de processamento visual, como os neurnios na retina, o nervo ptico e crtex visual no crebro funcionando normalmente. Desta forma, a tcnica consiste em se evocar fosfenos em quantidades e especificidades signifi-cativamente suficientes para produzir sensaes visuais repre-sentativas da imagem sendo adquirida por um meio artificial, processadas adequadamente, seja atravs da Estimulao Mag-ntica Transcraniana (TMS) ou atravs do implante da matriz de eletrodos no crtex visual (Garcia, 2006).

A ESTIMULAO MAGNTICA TRANSCRANIANA

O primeiro pesquisador dos efeitos do eletromagnetismo so-bre o Sistema Nervoso Central foi o fsico e mdico alemo DArsonval, em 1896, no final de um trabalho, intitulado Apa-relho para medir correntes alternadas de todas as freqn-cias.

Nesse trabalho ele descreve a sensao visual provocada em um indivduo quando submetido a um forte campo magntico, a qual ele denominou de magnetofosfenos (DArsonval, 1896). Paralelamente, sem conhecerem os trabalhos de DArsonval, Beer (1902) e Thompson (1910) tambm relataram experin-cias semelhantes, na quais eram produzidas sensaes de luz cintilante evocadas por campos magnticos.

Ctico quanto validade dos experimentos conduzidos por DArsonval, Beer e Thompson, Knight Dunlap acreditava que os fenmenos relatados nos estudos anteriores eram de natu-reza psicolgica, de forma que conduziu novos experimentos com um protocolo mais completo, comparando dois grupos de voluntrios, um submetido a descarga em uma bobina real e outro com uma descarga controle, aplicada sobre uma resis-tncia, de forma cega. Os resultados foram irrefutveis, pois todos os voluntrios submetidos estimulao real relataram uma sensao de luminosidade, ao passo que nenhum dos in-divduos submetidos estimulao sobre a resistncia apresen-tou esta sensao (Dunlap, 1911).

Foram necessrios muitos anos de pesquisas e o surgimento de tecnologias mais avanadas, principalmente na rea de neu-ro-imagem, para que os trabalhos com estimulao magntica transcraniana fossem reiniciados. Com o avano das pesquisas descobriu-se que as sensaes visuais, ou fosfenos, podiam ser evocadas pela estimulao da retina, do nervo tico e do cr-tex occipital. Dentre os trabalhos realizados, merecem desta-que os conduzidos por Walsh (1946) que utilizou uma bobina com ncleo de ferro e por Barlow et al. (1947) que ampliaram as observaes de Walsh demonstrando que quando a corrente aumentava, a luminosidade ocupava reas maiores do campo visual.

Figura 14: Estimulador transcraniano magntico sobre o crebro de um indiv-duo. A tcnica possibilita a utilizao de informaes anatmicas como guia da navegao interativa, permitindo o posicionamento correto das bobinas de esti-mulao, bem como o registro das posies e orientaes destas para posterior correlao com os dados obtidos. Pode-se observar no display um exemplo da

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imagem obtida, em funo da localizao das bobinas, bem como detalhes de uma reconstruo 3D da superfcie cortical (Adaptado de Fernandes et al., Brain Research Protocols 10: 115124, 2002).

Nos trabalhos atuais com estimulao magntica transcraniana (TMS), mapeia-se sistematicamente as sensaes visuais in-duzidas por uma estimulao focal e no invasiva do crtex occipital. A TMS aplicada por um conjunto de oito bobinas de estimulao magntica, arranjadas sobre uma rea da regio occipital em 28 posies. Uma placa de digitalizao, conec-tado a um computador, executa um software customizado que, em conjunto com um sistema de gravao de udio e vdeo, utilizada para a anlise detalhada e precisa dos fosfenos evoca-dos. Um sistema de neuronavegao utilizado para descrever a posio exata das bobinas de estimulao na superfcie cor-tical. Os resultados tm mostrado o potencial uso do sistema em evocar fosfenos tanto em indivduos cegos como em no cegos de forma coerente, organizada e reprodutvel. A Figura 14 mostra o TMS sendo aplicado em um indivduo.

IMPLANTE DE MATRIZ DE ELETRODOS

Como j visto anteriormente, quando a cegueira ocorre no nvel de clulas retinianas ou fibras do nervo ptico, a nica alterna-tiva de substituio sensorial se d ao nvel do crtex cerebral, atravs de implantes de matrizes de eletrodos de estimulao na regio do crtex visual, ultrapassando todos os neurnios danificados do sistema visual. Tais implantes corticais podem ser posicionados dentro do crtex cerebral ou na sua superfcie, diferindo em alguns aspectos: microestimulao intracortical, quando comparada estimulao da superfcie cortical, apre-senta necessidade de menor limiar de corrente eltrica, gerao de formas mais precisas de fosfenos, possibilidade de aumento do nmero de eletrodos, e menor necessidade de energia eltri-ca. Por outro lado, nos implantes de superfcie cortical, o crnio pode proteger o crtex (Normann et al., 1999; Rodrigues et al., 2004; Garca, 2006;). A produo de fosfenos evocados atravs de prteses visuais implantadas no crtex visual de pacientes cegos foi inicialmente descrita por Foerster (1929), porm so-mente em 1968 que Brindley e Lewin, criaram um sistema de prtese visual para ser implantada na superfcie cortical, im-plantando eletrodos no crtex occipital em alguns voluntrios cegos, aos quais foram conectados eletrodos por um sistema de rdio freqncia, apoiados no crnio, e que possibilitou que os pacientes fossem capazes de ver fosfenos em diferentes posi-es do campo visual, demonstrando a possibilidade e a viabi-lidade do mtodo proposto (Brindley e Lewin, 1968).

Um grande impulso e uma retomada das pesquisas na rea fo-ram dados por Dobelle e seus colaboradores, a partir de 1974,

conduzindo uma srie de experimentos corticais, inicialmente em pessoas videntes, conseguindo a induo de cores e altera-es de intensidade dos fosfenos em resposta a diferentes im-pulsos eltricos. Em experimentos posteriores, utilizando 64 eletrodos de disco de platina posicionados na superfcie do cr-tex occipital em pacientes cegos, conectados a uma cmera de fototransistores, com definio 100x100, conseguiu-se a per-cepo e a identificao de caracteres de 15cm, a uma distncia de 1,5m pelos pacientes. Em outro trabalho, Dobelle mostrou os resultados observados em longo prazo. Um voluntrio, cego por mais de 20 anos, percebeu fosfenos localizados e foi capaz de localizar visualmente objetos e at contar os dedos de uma mo (Dobelle et al., 1974; Dobelle, 1994; 2000).

Schmidt e colaboradores foram os primeiros a utilizar a pe-netrao intracortical de eletrodos para aprimorar a resoluo espacial, alcanando uma acuidade cinco vezes maior do que com a estimulao superficial. Foram implantados 38 eletro-dos intracorticais com um dimetro de 37,5m e altura de 2m em um paciente cego por glaucoma durante 22 anos. Foram percebidos fosfenos amarelos, azuis, vermelhos e brancos, em percepes estveis, sem interferncia, correspondendo cada fosfeno estimulao de um eletrodo especfico (Schmidt et al., 1993, Schmidt et al., 1996, Normann et al., 1999; Rodri-gues et al., 2004).

Figura 15: Microfotografia por varredura de eltrons da matriz 10x10 de micro-eletrodos para estimulao cortical visual (Adaptado de Normann et al., Vision Research 39: 25772587, 1999).

Recentemente, alguns laboratrios de pesquisa tm trabalhado no desenvolvimento de matrizes de microeletrodos de silcio, possibilitando a evoluo das pesquisas com os implantes cor-ticais e sua relao psicofsica com os fosfenos evocados. Um desses laboratrios o da Universidade de Utah, que desenvol-veu uma matriz de eletrodos, bem como um dispositivo para auxiliar no implante desta matriz, de forma segura e eficiente, minimizando a possibilidade de traumas e, portanto, reduzindo

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os riscos, atravs de um dispositivo pneumtico que introduz a matriz a uma velocidade de 8,3m/s, como pode ser visto nas fi-guras 15 e 16. A matriz desenvolvida consiste de 100 eletrodos (10x10) de 1,5mm de altura, espaados de 0,4mm um do outro, montados sobre uma base de substrato de 0,2mm. Com base neste dispositivo, aps o implante, esquematizado na figura 17, foi possvel evocar fosfenos com correntes de 1,9A (Normann et al., 1999).

Figura 16: Desenho da ferramenta de insero por impacto de alta velocidade usada para implantar a matriz de microeletrodos (Adaptado de Normann et al., Vision Research 39: 25772587, 1999).

Figura 17: Esquema simplificado do sistema de aquisio atravs da cmara de vdeo, do processamento atravs de um sistema computacional e da estimulao eltrica atravs do matriz de microeletrodos implantados no crtex visual (Adap-tado de Cortivis, disponvel em http://www.mctes.pt/archive/doc/257,1, Slide 1, acessado em 25/09/2008).

O IMPLANTE COCLEAR

No implante coclear, tambm conhecido como ouvido binico, uma tecnologia j estabelecida no mercado e que conta com mais de 100.000 implantes realizados com sucesso, um dis-positivo eletrnico implantvel, tem o objetivo de restabelecer a funo auditiva nos pacientes portadores de surdez profun-da que no podem se beneficiar do uso de prteses auditivas

convencionais, devido s caractersticas da deficincia. Neste dispositivo, composto por um sistema de aquisio, processa-mento, transmisso e estimulao eltrica, a funo auditiva totalmente substituda no ouvido do indivduo que tem surdez total ou quase total. Similarmente ao implante da retina artifi-cial, descrita anteriormente, no implante coclear os estmulos eltricos so aplicados diretamente no nervo auditivo e estes levam a informao para o crebro de forma natural, o que no significa que a percepo do som por esses indivduos seja na-tural, pois o processamento das informaes sonoras reduz o espectro a fim de possibilitar a estimulao do nervo com um nmero reduzido de microeletrodos, representando o princi-pal obstculo para a evoluo da tcnica (GIC - HC-FMUSP, 2002).

O sistema de implante coclear composto por duas partes, uma de aquisio, processamento de fala e transmisso dos sinais, atravs de ondas de rdio e que fica externamente fixada no indivduo e outra, interna, que implantada cirurgicamente no indivduo. A etapa implantvel a responsvel pela recepo dos sinais enviados pela unidade externa, que faz um novo pro-cessamento deste sinal a fim de compatibiliz-lo com os pa-dres de estimulao eltrica da regio coclear, atravs de um feixe de eletrodos. Como se trata de um sistema de transmisso de ondas de rdio faz-se necessrio o uso de antenas para trans-mitir e receber as informaes provenientes do meio externo. Internamente, esta antena fica implantada por baixo da pele, na regio atrs da orelha (Advanced Bionics, 2008; GIC - HC-FMUSP, 2002). A figura 18 mostra as duas partes do sistema de implante coclear.

Figura 18: Implante coclear: (esquerda) parte externa composta pelo sistema de aquisio e processamento, bem como pela antena para a transmisso dos sinais e, (direira) a parte interna, composta pela antena de recepo e unidade de proces-samento e estimulao eltrica, bem como pelos eletrodos para implante na cclea (adaptado de Advanced Bionics, disponvel em http://www.advancedbionics.com, acessado em 13/08/2008).

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A parte externa do implante, que fica aparente, pode ser do tipo retroauricular ou do tipo caixa. Em ambas, a antena trans-missora fixada por um im localizado internamente, junto antena da parte interna, que possui outro im. O sistema de aquisio composto por um microfone, que capta o som do meio ambiente, como nos sistemas convencionais de amplifi-cadores auditivos, e o transmite ao processador de fala, que faz a anlise e o processamento dos sinais de som, de forma a limitar o espectro e possibilitar sua aplicao na estimulao eltrica. Neste processo, a informao sonora modificada sig-nificativamente, de forma que o som ouvido pelo indivduo soa de uma forma metlica e com poucas nuances. Interna-mente, o sistema de recepo converte o espectro do sinal pro-cessado externamente em impulsos eltricos que so aplicados no nervo auditivo atravs dos microeletrodos, que por sua vez leva as informaes ao crebro do indivduo, de forma que este recupera parte da audio, possibilitando a comunicao com outros indivduos no surdos (Cochlear, 2006; Advanced Bio-nics, 2008). A figura 19 mostra um esquema simplificado do implante coclear.

Figura 19: esquema geral do implante coclear mostrando as partes externa e in-terna (adaptado de Advanced Bionics, disponvel em http://www.advancedbionics.com, acessado em 13/08/2008.).

Uma das exigncias bsicas para a realizao do implante co-clear a de que a cclea, embora no esteja funcionando, pos-sua sua estrutura e forma intactas. Outra exigncia a de que o nervo auditivo esteja funcionando normalmente, de forma que possa levar a informao at o crebro. No caso de indivdu-

os em que uma dessas estruturas esteja comprometida, o que naturalmente acarreta em surdez profunda, faz-se necessria a utilizao de outra tecnologia denominada de Implante Auditi-vo de Tronco Cerebral (Auditory Brainstem Implant ABI), que consiste de um sistema no qual o estmulo eltrico aplicado diretamente no ncleo do nervo auditivo que fica no tronco cerebral, transmitindo os sons diretamente ao tronco cerebral sem a necessidade da cclea e do nervo auditivo. O ABI im-plantado no centro nervoso auditivo, que fica em uma regio do encfalo denominado tronco cerebral. O sistema, desenvolvido no House Ear Institute em 1979, foi implantado em mais de 500 pessoas ao redor do mundo (Biernath, 2007; Fayad, Otto e Shannon, 2008; GIC - HC-FMUSP, 2002).

Da forma similar ao implante coclear, o ABI utiliza uma pla-ca com 21 microeletrodos implantados nos ncleos cocleares localizados no tronco cerebral. Externamente, um sistema de aquisio e processamento de som executa as funes do ou-vido e envia as informaes, tambm por radiofreqncia, ao sistema interno, que faz a recepo e o tratamento dos sinais e os converte em impulsos eltricos aplicados no tronco cere-bral pelos eletrodos. A figura 20 mostra o sistema interno de recepo, processamento e estimulao e o sistema externo de aquisio e processamento.

Figura 20: Sistema completo para implante do tronco cerebral. Em (a) unidade implan-tvel do sistema, responsvel pela recepo, processamento e estimulao eltrica por

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meio da matriz de eletrodos posicionada no tronco cerebral e (b) unidade externa do sistema de, composta pelos mdulos de aquisio, processamento e transmisso dos sinais pela antena (adaptado de Biernath, disponvel_em http://www.cdc.gov/ncbddd/ehdi/documents/ABI_Biernath%2007-2007%20(2).pdf, acessado em 30/09/2008).

O implante de tronco cerebral particularmente indicado para os indivduos surdos devido a tumores que acometem ambos os nervos auditivos, causados pela neurofibromatose tipo II. Ge-ralmente, aproveita-se o procedimento de remoo do tumor e na mesma cirurgia coloca-se o implante. Outras indicaes seriam a agenesia congnita de cclea ou nervos auditivos bila-teralmente, m formao da cclea que impea a colocao dos eletrodos do implante coclear e ccleas ossificadas. No ABI, o procedimento cirrgico muito mais complexo e difcil que o do Implante Coclear, com riscos potenciais, inclusive de vida, ao contrrio do Implante Coclear no qual a cirurgia relativa-mente simples e muito segura (Biernath, 2002; Fayad, Otto e Shannon, 2008).

Aps o implante, o indivduo necessita passar por um perodo de adaptao e programao do processador de fala, a fim de aprender a interpretar as informaes produzidas pelo sistema, pois o crebro demanda algum tempo para se adaptar aos no-vos estmulos de forma a poder interpret-los. Esse processo de programao inicial demorado, podendo levar meses. Aps este perodo inicial, a reprogramao tende a se tornar mais es-paada, com freqncia entre 10 a 12 meses (Biernath, 2002).

Por outro lado, os benefcios alcanados com o ABI refletem-se no aumento de ateno ao som. Pelo fato de que poucos pacientes de ABI so capazes de entender a fala sem leitura labial, o nvel de desempenho esperado e alcanado com o ABI inferior do que aquele alcanado por pessoas com o implante coclear. Entretanto, os sons ambientais e de fala que os pa-cientes com o ABI recebem os ajudam de forma significativa a melhorar sua comunicao e qualidade de vida. O som ouvido pelo ABI sempre beneficiado pelo uso combinado de pistas de leitura labial (Associao de Neurofibromatose, 2008; GIC - HC-FMUSP, 2002, Neurinoma, 2007).

No Brasil, atualmente o nico grupo a realizar o procedimen-to o do Hospital de Clnicas de So Paulo, coordenado pelo Dr. Ricardo Ferreira Bento que contou com a participao dos mdicos Dr Rubens de Brito Neto e Robinson Koji Tsuji, alm do neurocirurgio Marcos Gomes, que j realizou quatro pro-cedimentos (GIC-HC-FMUSP, 2002).

Outra tcnica para recuperao auditiva a do implante de ele-trodo penetrante auditivo no tronco cerebral (Penetrating Au-ditory Brainstem Implant - PABI), que atualmente est sendo testado clinicamente. Com esta tcnica e respectivo sistema, pretende-se melhorar o reconhecimento vocal para pacientes que sofrem de uma doena hereditria chamada Neurofibro-matose Tipo II (NF2) que pode causar perda total da audio devido ao crescimento de tumores bilaterais nos nervos vesti-

bulares, que devido localizao desses tumores tem sua remo-o normalmente associada dissecao do nervo auditivo e, neste caso, o implante coclear no pode ser usado pois o nervo auditivo no consegue levar os sinais da cclea para o ncleo coclear no tronco cerebral. O PABI uma verso modificada do Implante Auditivo no Tronco Cerebral (ABI), que recebeu a aprovao do Food and Drug Administration em 2000, usan-do eletrodos destinados a ativar os neurnios auditivos com maior preciso a fim de melhorar o reconhecimento vocal. A grande diferena entre o ABI e o PABI, que o ABI utiliza eletrodos de superficie, enquanto o PABI possui uma monta-gem de microeletrodos que tem por objetivo fornecer estimu-lao seletiva de variao sonora, diretamente nas diferentes zonas de variao de som na poro auditiva do tronco cerebral (ncleo coclear). Os benefcios com esta nova tcnica esto relacionados micro-estimulao no tronco cerebral por meio dos eletrodos penetrantes, em comparao com os eletrodos de superfcie utilizados na ABI. O novo dispositivo foi desenvol-vido por cientistas e engenheiros da The House Ear Institute e Huntington Medical Research Institutes (HMRI) nos EUA, e Cochlear Limited na Austrlia (Neurinoma, 2007; Biernath, 2007). A figura 21 ilustra a tcnica do PABI.

Figura 21: implante de eletrodo penetrante auditivo no tronco cerebral (PABI) no qual se pode observar a unidade de recepo, processamento e estimulao el-trica da matriz de eletrodos, que implantada no tronco cerebral. (adaptado de Neurinoma, disponvel em http://www.neurinoma.com.br/abi.html, acessado em 13/05/2008).

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CONCLUSO

Obviamente, o presente artigo no tem a pretenso de esgotar o assunto, pois as tecnologias assistivas para deficientes visuais e auditivos tm se beneficiado enormemente dos avanos da eletrnica e da computao, em conjunto com as pesquisas m-dicas. Muitos sistemas e dispositivos baseados nas tecnologias mencionadas neste artigo e em outras no foram mencionados, propositalmente, sendo passveis de investigao posterior.

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AUTOR CORRESPONDENTE

Rodrigo Villaverde CendonFone: (41) 3014.8889Celular: (41) 9995.3745E-mail: [email protected]

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