Investigadores del hospital estadounidense de nivel mundial, Cleveland Clinic, desarrollan un brazo biónico que recupera el comportamiento natural en los pacientes con amputaciones de miembros superiores
El novedoso sistema combina el control intuitivo del motor con el tacto y la sensación de movimiento de la mano.
Panamá, septiembre de 2021. Investigadores de un importante hospital estadounidense, Cleveland Clinic, han diseñado un brazo biónico único en su tipo para pacientes con amputaciones de miembros superiores que permite a los usuarios pensar, comportarse y funcionar como una persona sin una amputación, según los nuevos hallazgos publicados en “Science Robotics”.
El equipo de investigación internacional, dirigido por Cleveland Clinic, desarrolló el sistema biónico que combina tres funciones importantes: control motor intuitivo, kinestesia táctil y de agarre, la sensación intuitiva de abrir y cerrar la mano. Los colaboradores incluyeron a la Universidad de Alberta y la Universidad de New Brunswick en los Estados Unidos.
«Modificamos una prótesis estándar con este complejo sistema biónico que permite a los usuarios mover su brazo protésico de manera más intuitiva y sentir sensaciones de tacto y movimiento al mismo tiempo», dijo el investigador principal Ph.D. Paul Marasco, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Biomédica del Instituto de Investigación “Cleveland Clinic Lerner Research Institute”. «Estos hallazgos son un paso importante para brindarles a las personas con amputación la restauración completa de la función natural del brazo».
El sistema es el primero en probar las tres funciones sensoriales y motoras en una interfaz neuronal-máquina a la vez en un brazo protésico. La interfaz neuronal-máquina se conecta con los nervios de las extremidades del usuario. Permite a los pacientes enviar impulsos nerviosos desde su cerebro a la prótesis cuando quieren usarla o moverla, además de recibir información física del entorno y transmitirla a su cerebro a través de sus nervios.
La retroalimentación y el control bidireccional del brazo artificial permitieron a los participantes del estudio realizar tareas con un grado de precisión similar al de las personas sin discapacidad.
“Quizás lo que más nos emocionó saber fue que hicieron juicios, decisiones y calcularon y corrigieron sus errores como una persona sin amputación”, dijo el Dr. Marasco, quien dirige el Laboratorio de Integración Biónica. “Con la nueva extremidad biónica, las personas se comportaron como si tuvieran una mano natural. Normalmente, estos comportamientos cerebrales son muy diferentes entre personas con y sin prótesis de miembros superiores «. El Dr. Marasco también tiene una cita en el Centro de Epilepsia Charles Shor de Cleveland Clinic y en el “Cleveland VA Medical Center’s Advanced Platform Technology Center”.
Los investigadores probaron su nueva extremidad biónica en dos participantes del estudio con amputaciones de extremidades superiores que previamente se habían sometido a procedimientos de reinervación sensorial y motora que establecen una interfaz neural-máquina al redirigir los nervios amputados a la piel y los músculos restantes. Debido al pequeño tamaño del estudio, será importante realizar más investigaciones.
En la reinervación sensorial dirigida, tocar la piel con pequeños robots activa receptores sensoriales que permiten a los pacientes percibir la sensación del tacto. En esta, cuando los pacientes piensan en mover sus extremidades, los músculos reinervados se comunican con una prótesis computarizada para moverse de la misma manera. Además, pequeños y poderosos robots hacen vibrar receptores sensoriales kinestésicos en esos mismos músculos, lo que ayuda a los usuarios de prótesis a sentir que su mano y brazo se mueven.
Mientras usaban la prótesis avanzada, los participantes realizaron tareas que reflejaban los comportamientos cotidianos básicos que requieren la funcionalidad de las manos y los brazos. Con sus herramientas de evaluación avanzadas recientemente desarrolladas, los investigadores evaluaron cómo el rendimiento con la extremidad biónica en comparación con el de las personas sin discapacidad y las personas con amputaciones que tienen dispositivos protésicos tradicionales. También compararon cómo les fue a las personas con la prótesis avanzada cuando las tres modalidades sensoriales y motoras se habilitaron juntas versus individualmente.
Según el Dr. Marasco, debido a que las personas con prótesis tradicionales no pueden sentir con sus extremidades, se comportan de manera diferente a las personas sin una amputación mientras realizan tareas de la vida diaria. Por ejemplo, los usuarios de prótesis tradicionales deben vigilar constantemente su prótesis mientras la usan y tienen problemas para aprender a corregir los errores cuando aplican demasiada o poca fuerza con la mano.
Con el nuevo brazo artificial y las herramientas de evaluación avanzadas, los investigadores pudieron ver que el cerebro y las estrategias de comportamiento de los participantes del estudio cambiaron para igualar con los de una persona sin amputación. Ya no necesitaban mirar su prótesis, podían encontrar cosas sin mirar y podían corregir sus errores de manera más efectiva.
“Durante la última década o dos, los avances en prótesis han ayudado a los usuarios a lograr una mejor funcionalidad y manejar la vida diaria por sí mismos”, dijo el Dr. Marasco. «Por primera vez, las personas con amputaciones de miembros superiores ahora pueden volver a ‘pensar’ como una persona sin discapacidad, lo que ofrece a los usuarios de prótesis nuevos niveles de reintegración sin problemas en la vida diaria».
Más allá de este estudio, las nuevas mediciones de resultados relacionadas con el comportamiento y la funcionalidad del cerebro que el equipo internacional desarrolló para evaluar el sistema biónico se pueden aplicar a cualquier prótesis o déficit de miembro superior que involucre sensación y movimiento.
Sobre Cleveland Clinic Weston
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