El trabajo, publicado en la edición digital de Proceedings of the National Academy of Sciences y llevado a cabo en la Universidad de Chicago, en Estados Unidos, es un paso importante hacia una nueva tecnología que, si se aplica correctamente, aumentaría la destreza y la viabilidad clínica de las prótesis robóticas.
'Para restaurar la función motora sensorial de un brazo, no sólo hay que sustituir las señales motoras que el cerebro envía al brazo para moverlo, sino que también hay que reemplazar las señales sensoriales que el brazo envía de vuelta al cerebro', dijo el autor principal del estudio, Sliman Bensmaia, profesor asistente en el Departamento de Biología de Organismos y Anatomía de la Universidad de Chicago. A su juicio, la clave es utilizar los conocimientos sobre cómo el cerebro del organismo intacto procesa la información sensorial para intentar reproducir esos patrones de actividad neuronal a través de la estimulación cerebral.
La investigación de Bensmaia es parte de 'Revolucionando Prótesis', una iniciativa de varios años de la Agencia de Defensa de Proyectos de Investigación (DARPA) para crear un miembro superior artificial que pueda restablecer el control motor natural y la sensación en amputados. Gestionado por el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins, en Estados Unidos, el proyecto ha reunido a un equipo interdisciplinario de expertos de instituciones académicas, agencias gubernamentales y empresas privadas.
Bensmaia y sus colegas en la Universidad de Chicago están trabajando específicamente en los aspectos sensoriales de las extremidades. En una serie de estudios experimentales con sistemas sensoriales muy parecidos a los de los seres humanos, identificaron los patrones de actividad neuronal que se producen durante la manipulación de objetos naturales y luego los indujeron con éxito a través de medios artificiales.
El primer conjunto de experimentos se centró en la ubicación de contacto o la detección de dónde se ha tocado la piel. Los sujetos fueron entrenados para identificar varios patrones del contacto físico con sus dedos y, posteriormente, los científicos les conectaron electrodos a las áreas del cerebro que corresponden a cada dedo y reemplazaron los toques físicos por estímulos eléctricos a las áreas apropiadas del cerebro, de forma que respondieron de la misma manera a la estimulación artificial a como lo hicieron con el contacto físico.
A continuación, los investigadores se centraron en la sensación de presión. En este caso, desarrollaron un algoritmo para generar la cantidad apropiada de corriente eléctrica para provocar una sensación de presión y, una vez más, la respuesta fue la misma con los estímulos a través de sus dedos o por medios artificiales.
Por último, Bensmaia y su equipo estudiaron la sensación de los acontecimientos de contacto. Cuando la primera mano toca o libera un objeto, se produce una explosión de actividad en el cerebro. Una vez más, los investigadores descubrieron que estas ráfagas de actividad cerebral se pueden imitar a través de la estimulación eléctrica.
El resultado de estos experimentos es un conjunto de instrucciones que se pueden incorporar en una prótesis de brazo robótico para proporcionar retroalimentación sensorial al cerebro a través de un interfaz de los nervios. Bensmaia cree que esta información permitirá avanzar con estos dispositivos para que puedan ser probados en ensayos clínicos humanos.