En un avance importante en prótesis con control mental para amputados, los investigadores de la Universidad de Michigan han aprovechado señales débiles y latentes de los nervios de los brazos y las amplificaron para permitir el control en tiempo real, intuitivo, a nivel de los dedos de una mano robótica.
Para lograr esto, los investigadores desarrollaron una forma de domar las terminaciones nerviosas temperamentales, separar gruesos haces nerviosos en fibras más pequeñas que permiten un control más preciso y amplificar las señales que pasan por esos nervios. El enfoque involucra pequeños injertos musculares y algoritmos de aprendizaje automático prestadosdel campo de interfaz cerebro-máquina.
"Este es el mayor avance en el control motor para personas con amputaciones en muchos años", dijo Paul Cederna, quien es profesor universitario Robert Oneal de cirugía plástica en la Facultad de Medicina de la UM, así como profesor de ingeniería biomédica.
"Hemos desarrollado una técnica para proporcionar un control individual de los dedos de los dispositivos protésicos utilizando los nervios de la extremidad residual de un paciente. Con ello, hemos podido proporcionar algunos de los controles protésicos más avanzados que el mundo haya visto".
Cederna codirige la investigación con Cindy Chestek, profesora asociada de ingeniería biomédica en la Facultad de Ingeniería de la UM. En un artículo publicado el 4 de marzo en Science Translational Medicine, describen los resultados con cuatro participantes del estudio utilizando el brazo Mobius Bionics LUKE.
El control protésico intuitivo funciona en el primer intento
"Puedes hacer que una mano protésica haga muchas cosas, pero eso no significa que la persona la esté controlando intuitivamente. La diferencia es cuando funciona en el primer intento con solo pensarlo, y ese es nuestro enfoque", dijo Chestek." Esto funcionó la primera vez que lo probamos. No hay aprendizaje para los participantes. Todo el aprendizaje ocurre en nuestros algoritmos. Eso es diferente de otros enfoques ".
Si bien los participantes del estudio aún no pueden llevarse el brazo a casa, en el laboratorio, pudieron levantar bloques con una pinza, mover el pulgar en un movimiento continuo, en lugar de tener que elegir entre dos posiciones; levantarobjetos de forma esférica; e incluso juegan en una versión de Piedra, Papel, Tijera llamada Piedra, Papel, Alicates.
"Es como si tuvieras una mano otra vez", dijo el participante del estudio Joe Hamilton, quien perdió su brazo en un accidente de fuegos artificiales en 2013. "Puedes hacer casi cualquier cosa que puedas hacer con una mano real con esa mano. Te traevolver a una sensación de normalidad "
Convertir un pequeño injerto muscular en un amplificador de señal nerviosa
Uno de los mayores obstáculos en las prótesis controladas por la mente es aprovechar una señal nerviosa fuerte y estable para alimentar la extremidad biónica. Algunos grupos de investigación, aquellos que trabajan en el campo de la interfaz cerebro-máquina, van hasta la primariafuente, el cerebro. Esto es necesario cuando se trabaja con personas paralizadas. Pero es invasivo y de alto riesgo.
Para las personas con amputaciones, los nervios periféricos, la red que se despliega desde el cerebro y la médula espinal, han sido interesantes, pero aún no han llevado a una solución a largo plazo por un par de razones: las señales nerviosasson pequeños. Y otros enfoques para captar esas señales involucraban sondas que escuchaban a escondidas por la fuerza. Estas "uñas en los nervios", como los investigadores a veces se refieren a ellas, conducen a tejido cicatricial, que confunde esa señal débil con el tiempo.
El equipo de UM ideó una mejor manera. Envolvieron pequeños injertos musculares alrededor de las terminaciones nerviosas en los brazos de los participantes. Estas "interfaces nerviosas periféricas regenerativas", o RPNI, ofrecen a los nervios cortados tejido nuevo para engancharse. Esto evitael crecimiento de masas nerviosas llamadas neuromas que provocan dolor en la extremidad fantasma. Y le da a los nervios un megáfono. Los injertos musculares amplifican las señales nerviosas. Dos pacientes tenían electrodos implantados en sus injertos musculares, y los electrodos pudieron registrar estas señales nerviosas.y pasarlos a una mano protésica en tiempo real.
"Que yo sepa, hemos visto el mayor voltaje registrado de un nervio en comparación con todos los resultados anteriores", dijo Chestek. "En enfoques anteriores, podría obtener 5 microvoltios o 50 microvoltios, señales muy muy pequeñas.He visto las primeras señales de milivoltios.
"Así que ahora podemos acceder a las señales asociadas con el movimiento del pulgar individual, el movimiento del pulgar de varios grados de libertad, los dedos individuales. Esto abre un mundo completamente nuevo para las personas que usan prótesis de extremidades superiores".
Y su interfaz ya ha durado años. Otros se degradan en unos meses debido al tejido cicatricial.
El futuro de la investigación y la industria de prótesis
Los resultados también abren nuevas posibilidades para el campo, dijo Chestek, cuya experiencia se basa en algoritmos de aprendizaje automático en tiempo real para traducir señales neuronales en intención de movimiento.
"Lo que encontramos es que ahora las señales nerviosas son lo suficientemente buenas como para aplicar todo el mundo de las cosas que aprendimos en los algoritmos de control cerebral al control nervioso", dijo.
El enfoque genera señales para movimientos más finos de lo que las manos protésicas de hoy son capaces de hacer.
"Otros grupos de investigación también han contribuido a esto, pero hemos superado las capacidades de las manos protésicas que están disponibles actualmente. Creo que esto es una gran motivación para futuros desarrollos de las compañías de prótesis de mano", dijo Philip Vu, una investigaciónbecario en ingeniería biomédica y primer autor del artículo.
Se está realizando un ensayo clínico. El equipo está buscando participantes.
"Muchas veces, las cosas que hacemos en un laboratorio de investigación aumentan el conocimiento en el campo, pero en realidad nunca tienes la oportunidad de ver cómo eso impacta a una persona", dijo Cederna. "Cuando puedes sentarte y ver unouna persona con un dispositivo protésico hace algo que era impensable hace 10 años, es muy gratificante. Estoy muy feliz por nuestros participantes y aún más feliz por todas las personas en el futuro que esto ayudará ".
Agregó Chestek, "Va a ser un camino a partir de aquí, pero no vamos a dejar de trabajar en esto hasta que podamos restaurar por completo los movimientos de las manos sanas. Ese es el sueño de la neuroprotésica".
Video: http://www.youtube.com/watch?time_continue=114&v=PoKcRtDmKJw&feature=emb_logo
El documento se titula, "Una interfaz de nervio periférico regenerativo permite el control en tiempo real de una mano artificial en amputados de miembros superiores". La investigación está financiada por DARPA y los Institutos Nacionales de Salud.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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