Una nueva técnica quirúrgica ideada por los investigadores del MIT podría permitir que las extremidades protésicas se sientan mucho más como las extremidades naturales. Mediante la coordinación de la prótesis del paciente, los nervios existentes y los injertos musculares, los amputados podrían detectar dónde están sus extremidades en el espacio ysentir cuánta fuerza se les aplica.
Este tipo de sistema podría ayudar a reducir la tasa de rechazo de las prótesis, que es de alrededor del 20 por ciento.
"Estamos hablando de una mejora dramática en la atención al paciente", dice Hugh Herr, profesor de artes y ciencias de los medios y autor principal del estudio. "En este momento no existe un método neuronal robusto para una persona con amputación de extremidades parasentir posiciones propioceptivas y fuerzas aplicadas a la prótesis. Imagine cómo eso obstaculizaría por completo la capacidad de moverse, equilibrarse con éxito o manipular objetos ".
En el nuevo estudio, que aparece en Ciencia Robótica el 31 de mayo, los investigadores demostraron en ratas que su técnica genera retroalimentación sensorial del tendón muscular al sistema nervioso, que debería ser capaz de transmitir información sobre la colocación de una prótesis y las fuerzas aplicadas a ella. Ahora planean comenzar a implementareste enfoque en amputados humanos, incluido Herr, cuyas piernas fueron amputadas debajo de la rodilla cuando tenía 17 años.
Shriya Srinivasan, un estudiante graduado en el Programa Harvard-MIT en Ciencias y Tecnología de la Salud HST, es el autor principal del artículo. Otros autores son el científico visitante de Media Lab Matthew Carty, el estudiante universitario del MIT Peter Calvaresi, los estudiantes graduados del HST Tyler Clites yBenjamin Maimon, el estudiante graduado de Media Lab Cameron Taylor, y el reciente doctorado Anthony Zorzos.
Mejor respuesta
Durante una amputación convencional de extremidades, los músculos se cortan de una manera que corta una relación clave que normalmente ayuda a las personas a controlar sus extremidades y sentir dónde están en el espacio. La mayoría de los músculos que controlan el movimiento de las extremidades se producen en pares conocidos como pares agonistas-antagonistas, de modo que un músculo se estira cuando el otro se contrae. Por ejemplo, cuando dobla el codo, el músculo bíceps se contrae, haciendo que el tríceps se estire, y ese estiramiento del tríceps envía información sensorial relacionada con la posición, la velocidad y la fuerza de regreso al cerebroLa relación muscular agonista-antagonista también es lo que permite a las personas controlar independientemente la posición y la rigidez en las articulaciones de sus extremidades.
Sin estos pares de músculos intactos, las personas con amputación de extremidades no tienen forma de detectar dónde están sus extremidades artificiales, ni pueden sentir las fuerzas aplicadas a esas extremidades.
"Tienen que seguir visualmente sus manos o sus extremidades, porque no hay ningún comentario del dispositivo o extremidad residual que les indique a su cerebro dónde están sus prótesis en el espacio", dice Srinivasan.
El equipo del MIT se propuso recrear estas relaciones musculares agonista-antagonista. En muchos amputados, los nervios que envían señales a la extremidad amputada permanecen intactos. Los investigadores decidieron aprovechar esos nervios conectándolos a pares musculares injertados de otroparte del cuerpo hacia el sitio de amputación.
Estos injertos, que serían unos 4 centímetros por 1,5 centímetros en humanos, consisten en un par de músculos que trabajan juntos como los músculos naturales. Cuando el cerebro envía señales que indican que una extremidad se mueva, uno de los músculos injertados se contraerá,y su agonista se extenderá. El músculo agonista luego envía retroalimentación al cerebro sobre cuánto se movió el músculo y las fuerzas que se le aplicaron.
en el Ciencia Robótica artículo, los investigadores probaron los injertos musculares en ratas y descubrieron que cuando las ratas contraían un músculo del par, el otro músculo se movería en sentido contrario y enviaría información sensorial al cerebro.
sistema de control
En otro trabajo, los investigadores han desarrollado los componentes de un sistema de control que traducirá las señales nerviosas en instrucciones para mover la prótesis. Cuando el cerebro envía impulsos nerviosos a los músculos regenerados, esas señales también serán recibidas por un microprocesadorque controla el movimiento de la extremidad artificial.
Las estimulaciones neurales harán que el músculo agonista se contraiga y el músculo antagonista se estire. El músculo estirado proporcionará retroalimentación neuronal para permitir que el paciente sienta dónde está su extremidad en el espacio. Los investigadores esperan que el cerebro puedapara aprender rápidamente cuánto control tiene que ejercer para hacer que una extremidad artificial se mueva de la manera deseada.
"Usando este marco, el paciente no tendrá que pensar en cómo controlar su miembro artificial. Cuando un paciente imagina mover su miembro fantasma, se enviarán señales a través de los nervios a los pares de músculos construidos quirúrgicamente. Los electrodos musculares implantados luego sentiránestas señales para el control de motores sintéticos en la prótesis externa ", dice Herr." Creemos que debido a que el cerebro es tan bueno en la reasignación y es tan plástico, se adaptará rápidamente a saber cuánto tiene que contraer cada injerto muscular paracontrol protésico natural "
Este tipo de sistema de retroalimentación también debería permitir que las personas con un brazo protésico, por ejemplo, sientan un torque aplicado a la prótesis. "Si le diera a un usuario de un brazo protésico una barra para sostener, realmente sentiría el torqueen la articulación protésica de la muñeca ", dice Herr.
Los investigadores anticipan que esta estrategia podría funcionar para casi cualquier amputado, incluidas las personas cuyas amputaciones se realizaron hace muchos años.
"Para casi cualquier escenario de amputación, mientras tengamos un poco del nervio sano restante, podemos tomar eso y ponerlo en injertos musculares regenerativos. Podemos cosechar estos injertos musculares desde casi cualquier parte del cuerpo, haciendo estoaplicable a una gran cantidad de casos que van desde traumas hasta dolor crónico ", dice Srinivasan.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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