Una mano artificial con sentimientos reales

Ha habido avances mecánicos notables en las extremidades protésicas en los últimos años, incluido el recableado de fibras nerviosas para controlar brazos mecánicos sofisticados (ver Un brazo protésico realista) e interfaces cerebrales que permiten un control complicado del pensamiento (ver El cerebro ayuda a los tetrapléjicos a mover brazos robóticos con sus pensamientos ). Pero a pesar de todo este progreso, las prótesis no pueden enviar información sensorial al usuario, lo que dificulta que realice tareas como levantar objetos sin aplastarlos o perder su agarre.

Interfaz táctil : Un nuevo tipo de interfaz nerviosa le da al usuario, Igor Spetic, un sentido del tacto en 20 puntos de su mano protésica.

Ahora, los investigadores del Centro Médico de Asuntos de Veteranos de Cleveland y la Universidad Case Western Reserve han desarrollado un nuevo tipo de interfaz que puede transmitir la sensación del tacto desde 20 puntos de una mano protésica. Lo hace estimulando directamente los haces de nervios, conocidos como nervios periféricos, en los brazos de los pacientes; Hasta ahora, dos personas han sido equipadas con la interfaz. Además, los implantes continúan funcionando después de 18 meses, un hito digno de mención dado que las interfaces eléctricas con el tejido nervioso pueden degradar gradualmente su rendimiento.

A video producido hace varias semanas muestra a un hombre de Ohio de 48 años que perdió su mano derecha en un accidente hace tres años usando su mano protésica para levantar y quitar los tallos de las cerezas sin aplastarlas por apretarlas excesivamente. Esto fue gracias a la nueva tecnología, que permitió que los detectores de fuerza en los dedos de su mano protésica transmitieran información táctil directamente a tres interfaces nerviosas del tamaño de un guisante implantadas quirúrgicamente en la parte inferior del brazo derecho. Controla la mano a través de una tecnología estándar llamada interfaz mioeléctrica, que utiliza señales de los músculos de la parte inferior del brazo para controlar los movimientos de la mano protésica.

El trabajo abre la posibilidad de que las prótesis puedan algún día proporcionar retroalimentación duradera y matizada a los humanos, dice Dustin Tyler , el profesor de Case Western detrás del proyecto.

Lee Miller , profesor de neurociencia en la Universidad Northwestern que no participó en la investigación, dice que el logro parece notable. Este es el mayor número de sensaciones táctiles distintas generadas por la estimulación del nervio periférico que conozco, y la estabilidad de 18 meses también es insuperable, dice Miller. Se está preparando un documento sobre el trabajo, dice Tyler.

Nervio central : Este dispositivo de siete milímetros de largo, llamado electrodo de manguito, puede transmitir sensaciones de sensores en una mano o dedos protésicos cuando se conecta a un nervio periférico en el muñón del brazo.

En el corazón de la tecnología se encuentra una versión personalizada de una interfaz conocida como electrodo de manguito. Tres haces de nervios en el brazo (radial, mediano y cubital) se sostienen en los manguitos de siete milímetros, que los aplanan suavemente, colocando los haces normalmente redondos en una configuración más rectangular para maximizar el área de superficie.

Luego, un total de 20 electrodos en los tres manguitos envían señales eléctricas a las fibras nerviosas llamadas axones desde el exterior de una vaina protectora de células vivas que rodean esas fibras nerviosas. Este enfoque se diferencia de otras tecnologías experimentales, que penetran en la vaina para tocar directamente los axones. Se cree que estas interfaces que penetran la vaina ofrecen una resolución más alta, al menos inicialmente, pero con un riesgo potencialmente mayor de degradación de la señal o daño nervioso a largo plazo. Por tanto, no se han probado durante más de unas pocas semanas.

El sujeto de prueba que agarra la cereza es Igor Spetic de Madison, Ohio. Perdió su mano en su trabajo cuando fue aplastada con un martillo de forja mientras estaba haciendo un accesorio de aluminio para un motor a reacción. Ahora tiene dos pequeños mazos de cables que sobresalen de un puerto en la parte superior del brazo derecho. En el laboratorio, Tyler conecta esos arneses a un dispositivo que genera las señales eléctricas que se envían al brazalete. Este dispositivo, a su vez, recibe información de activación de sensores en su mano protésica.

Su retroalimentación sensorial solo se ha sentido en el laboratorio hasta ahora, pero Spetic se muestra asombrado por su prueba única. Es muy emocionante ver lo que están haciendo y espero que pueda ayudar a otras personas, dice Spetic. Sé que la ciencia lleva mucho tiempo. Si no consigo algo para llevar a casa, pero la siguiente persona sí, es mejor.

Los investigadores colocan cuidadosamente los implantes para determinar dónde Spetic percibe las fuerzas en la extremidad faltante. Una vez instalado, Spetic puede detectar sensaciones en varios dedos y en el dorso y el costado de la mano faltante, correspondientes a las entradas de la prótesis. Una vez que el implante está en su lugar, las sensaciones siempre parecen surgir en los mismos lugares y no cambian, dice Spetic.

Tyler puede sintonizar las señales eléctricas enviadas al brazalete para producir una variedad de sensaciones. Spetic dice que a veces se siente como si estuviera tocando un cojinete de bolas, otras veces como si estuviera rozando bolas de algodón, papel de lija o cabello.

Tyler dice que las sensaciones que Spetic informa son más naturales y útiles que la vaga sensación de zumbido que a menudo producían las tecnologías experimentales anteriores. Esto significa que es posible personalizar una sensación para que el paciente sienta que está tocando la punta de un bolígrafo, por ejemplo. Otros grupos y empresas están trabajando en mejores detectores de fuerza para sujetarlos a una mano protésica y generar señales tan matizadas.

[La] investigación es verdaderamente de vanguardia y líder mundial en términos de proporcionar retroalimentación sensorial directa a los amputados, dice Jack Judy, director de la Instituto de Nanociencia para Tecnología Médica y de Ingeniería en la Universidad de Florida en Gainesville. Judy se desempeñó recientemente como gerente de programas para la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa, donde dirigió un programa que buscaba mejorar el rendimiento y la confiabilidad de las interfaces neuronales utilizadas para controlar las prótesis para los soldados amputados. Al menos 1.715 soldados sufrieron amputaciones en las guerras de Irak y Afganistán.

Otras tecnologías existentes proporcionan información sensorial directamente a los nervios. Los implantes cocleares, por ejemplo, estimulan el nervio auditivo para restaurar la audición, y las tecnologías para estimular el nervio vago, que va desde el tronco del encéfalo hasta el pecho y el abdomen, se pueden utilizar para tratar la epilepsia e incluso la depresión. Sin embargo, cuando se trata de estimular los nervios para proporcionar un sentido eficaz del tacto en los seres humanos, ha habido mucho menos progreso, dice Judy.

Hay otros enfoques para la retroalimentación sensorial, incluidos los esfuerzos para hacerlo directamente a través de implantes cerebrales (consulte Cómo dar a las prótesis un sentido del tacto). Pero los implantes cerebrales se consideran más lejanos debido a las mayores preocupaciones de seguridad al abrir el cráneo. El trabajo de Case Western se encuentra en una prueba de viabilidad piloto, y Tyler dice que si todo va bien, un dispositivo podría estar en el mercado en cinco a 10 años.

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