Científicos han desarrollado una tecnología de sensores para un brazo robótico que detecta señales de los nervios de la médula espinal. Para controlar la prótesis, el paciente tiene que pensar como si estuviera controlando un brazo fantasma e imaginar algunas maniobras sencillas, como pellizcar, y la tecnología del sensor interpreta las señales eléctricas enviadas desde las neuronas motoras espinales y las usa como órdenes.
Una neurona motora es una célula nerviosa que se encuentra en la médula espinal cuyas fibras, llamadas axones, se proyectan fuera de la médula espinal para controlar directamente los músculos del cuerpo. Las prótesis de brazo robótico actualmente en el mercado son controladas por el usuario contrayendo los músculos remanentes en su hombro o brazo, que a menudo están dañados, pero esta tecnología es bastante básica en su funcionalidad, sólo realizando uno o dos comandos de agarre, lo que significa que alrededor de entre el 40 y el 50 por ciento de los usuarios descartan este tipo de prótesis robóticas.
El equipo de la nueva tecnología, detallada en un artículo publicado en 'Nature Biomedical Engineering', dice que detectar señales de neuronas motoras espinales en partes del cuerpo no dañadas por la amputación, en lugar de la fibra muscular restante, significa que los sensores conectados a la prótesis pueden detectar más señales, de forma que se pueden programar más órdenes en la prótesis robótica, por lo que es más funcional.
'Cuando un brazo es amputado, las fibras nerviosas y los músculos también se cortan, lo que significa que es muy difícil obtener señales significativas de ellos para hacer funcionar una prótesis. Hemos probado un nuevo enfoque que traslada el foco de los músculos al sistema nervioso, lo que significa que nuestra tecnología puede detectar y decodificar las señales más claramente, abriendo la posibilidad de prótesis robóticas que podrían ser mucho más intuitivas y útiles para los pacientes. Es un momento excitante para este campo de investigación', dice el investigador principal el doctor Dario Farina, del Departamento de Bioingeniería de Imperial College London, en Reino Unido.
El doctor Farina, que ahora tiene su sede en el Imperial, realizó gran parte de la investigación mientras estaba en el Centro Médico de la Universidad de Göttingen, en Alemania. La investigación se llevó a cabo conjuntamente con coautores del doctor Farina en Europa, Canadá y Estados Unidos.
Los científicos realizaron experimentos de laboratorio con seis voluntarios que sufrieron amputaciones desde el hombro hacia abajo o justo por encima del codo. Después de algún entrenamiento de fisioterapia, los amputados pudieron hacer una gama más amplia de movimientos de lo que sería posible usando una prótesis robótica clásica controlada por músculos, como concluyeron al comparar sus investigaciones con estudios previos sobre prótesis robóticas controladas por músculos.
Permite abrir el codo y la mano y hacer movimientos radiales
Los voluntarios pudieron mover la articulación del codo y hacer movimientos radiales --mover la muñeca de lado a lado-- así como abrir y cerrar la mano, lo que significa que el usuario tiene todas las funciones básicas de la mano y el brazo de un brazo real. Se necesita refinar más la tecnología para que sea más robusta, pero los investigadores sugieren que el modelo actual podría estar en el mercado en los próximos tres años.
Para participar en el estudio, los voluntarios se sometieron a un procedimiento quirúrgico en la Universidad Médica de Viena, en Austria, que implicó la reorientación de partes de su Sistema Nervioso Periférico (PNS, por sus siglas en inglés), conectando los movimientos de la mano y el brazo a los músculos sanos en su cuerpo. Dependiendo del tipo de amputación, esta redirección se dirigió hacia el músculo pectoral en el pecho o el bíceps en el brazo, lo que permitió al equipo detectar claramente las señales eléctricas enviadas desde las neuronas motoras espinales, un proceso que el equipo compara con la amplificación de las señales.
Para crear la tecnología, los autores decodificaron y mapearon parte de la información en señales eléctricas enviadas desde las células nerviosas redirigidas y luego las interpretaron en modelos informáticos. Compararon estos modelos con modelos de pacientes sanos, lo que les ayudó a corroborar los resultados.
En última instancia, los científicos quieren decodificar el significado detrás de todas las señales enviadas desde estas neuronas motoras para que puedan programar una gama completa de funciones del brazo y la mano en la prótesis. Esto significaría que el usuario podría utilizar la prótesis de forma casi tan perfecta como si fuera su propio brazo.
El equipo codificó señales específicas de la neurona motor como órdenes en el diseño de la prótesis. A continuación, conectaron un parche sensor en el músculo que había sido operado como parte del procedimiento de redirección, que se conectó a la prótesis. Los amputados trabajaron con fisioterapeutas para aprender a controlar el dispositivo pensando en comandos específicos de brazo y mano fantasma.
Esta investigación ha llevado al equipo a finalizar la etapa de prueba de concepto con análisis de laboratorio. El siguiente paso incluirá ensayos clínicos extensos con una sección transversal mucho más amplia de voluntarios para que la tecnología pueda hacerse más firme.