El sentido del tacto a menudo se da por sentado. Para alguien sin una extremidad o mano, perder ese sentido del tacto puede ser devastador. Si bien existen prótesis muy sofisticadas con complejos dedos y articulaciones en movimiento para imitar casi todos los movimientos de la mano, permanecenfrustrantemente difícil y antinatural para el usuario. Esto se debe en gran parte a que carece de la experiencia táctil que guía cada movimiento. Este vacío en la sensación da como resultado el uso limitado o el abandono de estos dispositivos artificiales muy costosos. Entonces, ¿por qué no hacer una prótesis que realmente pueda "sentir"su entorno?
Eso es exactamente lo que pretende hacer un equipo interdisciplinario de científicos de la Florida Atlantic University y la Facultad de Medicina de la Universidad de Utah. Están desarrollando una mano robótica de bioingeniería única en su tipo que crecerá y se adaptará a su entorno.Este robot "viviente" tendrá su propio sistema nervioso periférico que conecta directamente sensores y actuadores robóticos. La Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Computación de la FAU dirige el equipo multidisciplinario que ha recibido una subvención de cuatro años y 1,3 millones de dólares del Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas yBioingeniería de los Institutos Nacionales de Salud para un proyecto titulado "Neuroprótesis virtual: Restauración de la autonomía de las personas que sufren de neurotrauma".
Con experiencia en robótica, bioingeniería, ciencias del comportamiento, regeneración nerviosa, electrofisiología, dispositivos de microfluidos y cirugía ortopédica, el equipo de investigación está creando un camino vivo desde la sensación táctil del robot hasta el cerebro del usuario para ayudar a los amputados a controlar la mano robótica.La plataforma de neuroprótesis les permitirá explorar cómo las neuronas y el comportamiento pueden trabajar juntos para regenerar la sensación del tacto en una extremidad artificial.
El núcleo de este proyecto es una mano y un brazo robóticos de vanguardia desarrollados en el Laboratorio de BioRobotics en la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Computación de la FAU. Al igual que las yemas de los dedos humanos, la mano robótica está equipada con numerosos receptores sensoriales que responden a los cambios enEl medio ambiente. Controlado por un ser humano, puede detectar cambios de presión, interpretar la información que recibe e interactuar con varios objetos. Ajusta su agarre en función del peso o la fragilidad de un objeto. Pero el verdadero desafío es descubrir cómo enviar esa informaciónde regreso al cerebro utilizando vías neuronales residuales vivas para reemplazar aquellas que han sido dañadas o destruidas por un trauma.
"Cuando el nervio periférico se corta o daña, utiliza la rica actividad eléctrica que crean los receptores táctiles para restaurarse a sí mismo. Queremos examinar cómo los sensores de la punta de los dedos pueden ayudar a regenerar los nervios dañados o cortados", dijo Erik Engeberg, Ph.D., investigador principal, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Oceánica de la FAU, y director del Laboratorio de Biorobótica de la FAU. "Para lograr esto, vamos a conectar directamente estos nervios vivos in vitro y luego estimularlos eléctricamente a diario con sensores de la mano robótica para ver cómo crecen y se regeneran los nervios mientras la mano es operada por personas sin extremidades ".
Para el estudio, las neuronas no se guardarán en placas de Petri convencionales. En su lugar, se colocarán en cámaras de microfluidos biocompatibles que proporcionan un entorno enriquecedor que imita la función básica de las células vivas. Sarah E. Du, Ph.D.,co-investigador principal, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Oceánica de la FAU, y experto en el campo emergente de la microfluídica, ha desarrollado estas diminutas cámaras artificiales personalizadas con microelectrodos integrados. El equipo de investigación podrá estimular las neuronascon impulsos eléctricos de la mano del robot para ayudar a que vuelva a crecer después de una lesión. Medirán morfológica y eléctricamente en tiempo real cuánto tejido neural se ha restaurado.
Jianning Wei, Ph.D., co-investigador principal, profesor asociado de ciencias biomédicas en la Facultad de Medicina Charles E. Schmidt de la FAU, y experto en daño neuronal y regeneración, preparará las neuronas in vitro , obsérvelos crecer y ver cómo les va y cómo se regeneran después de la lesión. Este método "virtual" le dará al equipo de investigación múltiples oportunidades para probar y volver a probar los nervios sin dañar a los sujetos.
Usando un electroencefalograma EEG para detectar la actividad eléctrica en el cerebro, Emmanuelle Tognoli, Ph.D., co-investigadora principal, profesora asociada de investigación en el Centro de Sistemas Complejos y Ciencias del Cerebro de la FAU en la Facultad de Ciencias Charles E. Schmidt, y un experto en electrofisiología y ciencias neuronales, conductuales y cognitivas, examinará cómo la información táctil de los sensores robóticos se transmite al cerebro para distinguir escenarios con restauración funcional exitosa o fallida del sentido del tacto. Su objetivo: comprendercómo el comportamiento ayuda a la regeneración nerviosa y cómo esta regeneración nerviosa ayuda al comportamiento.
Una vez que los impulsos nerviosos de los sensores táctiles del robot han atravesado la cámara de microfluidos, se envían de vuelta al usuario humano que manipula la mano robótica. Esto se hace con un dispositivo especial que convierte las señales provenientes de las cámaras de microfluidos en un dispositivo controlablepresión en un brazalete colocado en la parte restante del brazo de la persona amputada. Los usuarios sabrán si están apretando el objeto con demasiada fuerza o si están perdiendo el agarre.
Engeberg también está trabajando con Douglas T. Hutchinson, MD, co-investigador principal y profesor en el Departamento de Ortopedia de la Facultad de Medicina de la Universidad de Utah, que se especializa en cirugía ortopédica y de la mano. Están desarrollando un conjunto de tarease indicadores neuronales conductuales de rendimiento que, en última instancia, revelarán cómo promover una sensación saludable del tacto en personas amputadas y sin extremidades que utilizan dispositivos robóticos. El equipo de investigación también está buscando un investigador postdoctoral con experiencia multidisciplinaria para trabajar en este gran avance.proyecto.
"Esta subvención de los Institutos Nacionales de Salud ayudará a nuestro equipo interdisciplinario de científicos a abordar un desafío importante que afecta a millones de personas en todo el mundo", dijo Stella Batalama, Ph.D., decana y profesora de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Computación de la FAU ".Al proporcionar una mejor comprensión de cómo reparar las lesiones nerviosas y los traumatismos, podremos ayudar a los pacientes a recuperar la funcionalidad motora después de una amputación. Esta investigación también tiene amplias aplicaciones para las personas que sufren otras formas de neurotrauma, como accidentes cerebrovasculares y lesiones de la médula espinal."
Las primeras etapas de este proyecto fueron apoyadas por el Instituto de Sistemas de Redes Integradas y Sensores I-SENSE de la FAU. Los investigadores también están trabajando en colaboración con I-SENSE y el Instituto del Cerebro de la FAU, dos de los pilares de investigación de la Universidad, enfocados enfortalezas.
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Materiales proporcionado por Florida Atlantic University . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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