Amor en pròtesis

Els llangardaixos poden regenerar-se després de perdre la cua, i els crancs poden regenerar-se després de perdre els peus, però en comparació amb aquests animals aparentment "primitius", els humans han perdut gran part de la capacitat de regenerar-se durant el curs de l'evolució. La capacitat de regenerar les extremitats en els adults és gairebé nul·la, amb l'excepció dels nadons que poden regenerar-se quan perden la punta dels dits. Com a resultat, la qualitat de vida de les persones que perden extremitats per accident o malaltia es pot veure molt afectada, i trobar reemplaçament biològic ha estat una opció important per als metges per millorar la vida dels amputats.

Ja en l'antic Egipte, hi ha registres d'extremitats artificials. A "El signe dels quatre" de Conan Doyle, també hi ha una descripció d'un assassí que utilitza protèstiques per matar persones.

Aquestes pròtesis, però, proporcionen un suport senzill, però és poc probable que millorin significativament l'experiència de vida d'un amputat. Les bones pròtesis han de poder enviar senyals en ambdues direccions: d'una banda, el pacient pot controlar les pròtesis de manera autònoma; D'altra banda, un membre protèsic hauria de ser capaç d'enviar sensacions a l'escorça sensorial del cervell del pacient, igual que un membre natural amb nervis, donant-li la sensació del tacte.

Estudis anteriors s'han centrat a descodificar codis cerebrals per permetre als subjectes (micos i humans) controlar els braços robòtics amb la seva ment. Però també és important donar un sentit a la pròtesi. Un procés aparentment senzill com agafar implica una retroalimentació complexa, ja que inconscientment ajustem la força dels nostres dits segons com se senten les nostres mans, de manera que no ens llisquim ni les pessiguem massa fort. Anteriorment, els pacients amb pròtesis de mans havien de confiar en els seus ulls per determinar la força dels objectes. Es necessita molta atenció i energia per fer coses que podem fer sobre la marxa, però tot i així sovint es trenquen coses.

El 2011, la Universitat de Duke va dur a terme una sèrie d'experiments amb micos. Van fer que els micos fessin servir la seva ment per manipular braços robòtics virtuals per agafar objectes de diferents materials. El braç virtual va enviar diferents senyals al cervell del mico quan es va trobar amb diferents materials. Després de l'entrenament, els micos van poder escollir correctament un material en particular i rebre una recompensa alimentària. Aquesta no només és una demostració preliminar de la possibilitat de donar a les pròtesis una sensació del tacte, sinó que també suggereix que els micos poden integrar els senyals tàctils enviats pel cervell de la pròtesi amb els senyals de control motor enviats pel cervell a la pròtesi, proporcionant un total rang de retroalimentació del tacte a la sensació per controlar la selecció del braç en funció de la sensació.

L'experiment, tot i que bo, va ser purament neurobiològic i no va implicar una pròtesi real. I per fer-ho, has de combinar la neurobiologia i l'enginyeria elèctrica. Al gener i febrer d'aquest any, dues universitats de Suïssa i dels Estats Units van publicar articles de manera independent utilitzant el mateix mètode per connectar pròtesis sensorials a pacients experimentals.

Al febrer, científics de l'Ecole Polytechnique de Lausana, Suïssa, i altres institucions, van informar de la seva investigació en un article publicat a Science Translational Medicine. Van donar un tema de 36 anys, Dennis Aabo S? Rensen, amb 20 llocs sensorials a la mà robòtica que produeixen diferents sensacions.

Tot el procés és complicat. En primer lloc, els metges de l'Hospital Gimili de Roma van implantar elèctrodes als nervis dels dos braços de Sorensen, el nervi mitjà i el nervi cubital. El nervi cubital controla el dit petit, mentre que el nervi mitjà controla el dit índex i el polze. Després de la implantació dels elèctrodes, els metges van estimular artificialment els nervis medians i cubitals de Sorensen, donant-li una cosa que feia molt de temps que no sentia: va sentir com es movia la mà que li faltava. El que significa que no hi ha res dolent amb el sistema nerviós de Sorensen.

Després, els científics de l'Ecol Polytechnique de Lausana van connectar sensors a la mà robòtica que podrien enviar senyals elèctrics basats en condicions com la pressió. Finalment, els investigadors van connectar el braç robòtic al braç tallat de Sorensen. Els sensors de la mà robòtica substitueixen les neurones sensorials de la mà humana, i els elèctrodes inserits als nervis substitueixen els nervis que poden transmetre senyals elèctrics al braç perdut.

Després de configurar i depurar l'equip, els investigadors van realitzar una sèrie de proves. Per evitar altres distraccions, van embenar els ulls en Sorensen, li van tapar les orelles i el van deixar tocar només amb la mà robòtica. Van descobrir que Sorensen no només podia jutjar la duresa i la forma dels objectes que tocava, sinó que també podia distingir entre diferents materials, com ara objectes de fusta i tela. A més, el manipulador i el cervell de Sorensen estan ben coordinats i responen. Així pot ajustar ràpidament la seva força quan agafa alguna cosa i mantenir-la estable. "Em va sorprendre perquè de sobte vaig poder sentir alguna cosa que no havia sentit durant els últims nou anys", va dir Sorensen en un vídeo proporcionat per l'Ecole Polytechnique de Lausana. "Quan vaig moure el braç, vaig poder sentir el que estava fent en lloc de mirar el que estava fent".

Un estudi similar es va fer a la Case Western Reserve University dels Estats Units. El seu tema era Igor Spetic, de 48 anys, de Madison, Ohio. Va perdre la mà dreta quan li va caure un martell mentre feia peces d'alumini per a motors a reacció.

La tècnica utilitzada pels investigadors de la Case Western Reserve University és aproximadament la mateixa que la tècnica utilitzada a ECOLE Polytechnique de Lausana, amb una diferència important. Els elèctrodes utilitzats a l'Ecole Polytechnique de Lausana van perforar les neurones del braç de Sorensen a l'axó; Els elèctrodes de la Case Western Reserve University no penetren a la neurona, sinó que envolten la seva superfície. El primer pot produir senyals més precisos, donant als pacients sentiments més complexos i matisats.

Però fer-ho té riscos potencials tant per als elèctrodes com per a les neurones. Alguns científics es preocupen que els elèctrodes invasius puguin causar efectes secundaris crònics a les neurones i que els elèctrodes serien menys duradors. Tanmateix, els investigadors d'ambdues institucions confien que poden superar les debilitats del seu enfocament. El Spiderdick també produeix una sensació de separació bastant precisa del paper de vidre, les boles de cotó i el cabell. Els investigadors de l'Ecole Polytechnique de Lausana, però, van dir que confiaven en la durabilitat i l'estabilitat del seu elèctrode invasiu, que va durar entre nou i 12 mesos en rates.

Tot i així, és massa aviat per posar aquesta investigació al mercat. A més de la durabilitat i la seguretat, la comoditat de les pròtesis sensorials encara està lluny de ser suficient. Sorenson i Specdick es van quedar al laboratori mentre s'estaven posant les pròtesis. Les seves mans, amb molts cables i aparells, no s'assemblen en res a les extremitats biòniques de la ciència-ficció. Silvestro Micera, professor de l'Ecole Polytechnique de Lausana que va treballar en l'estudi, va dir que passaran uns quants anys abans que les primeres pròtesis sensorials, que semblen iguals a les normals, poguessin sortir del laboratori.

"Estic emocionat de veure què estan fent. Espero que ajudi els altres. Sé que la ciència triga molt de temps. Si no la puc utilitzar ara, però la propera persona pot, això és genial".

news

Hora de publicació: 14-agost-2021