Descubrimiento favorece pacientes con amputaciones de miembros superiores

Dirigido por Paul Marasco, el equipo de investigación ha diseñado con éxito una sensación de movimiento complejo de la mano en pacientes con amputaciones de miembros superiores. Este avance puede mejorar la capacidad de controlar sus prótesis, gestionar de forma independiente las actividades de la vida diaria y mejorar la calidad de vida.

«Al restaurar la sensación intuitiva del movimiento de las extremidades, la sensación de abrir y cerrar la mano, podemos difuminar las líneas entre lo que los cerebros de los pacientes perciben como ‘yo’ frente a ‘máquina'», dijo Marasco, jefe del Laboratorio para la Integración Biónica en el Instituto de Investigación Lerner de Cleveland Clinic. 

«Estos hallazgos tienen implicaciones importantes para mejorar las interacciones humano-máquina y nos acercan más que nunca para proporcionar amputaciones a las personas con restauración completa de la función natural del brazo».

El equipo usó robots pequeños pero poderosos para hacer vibrar músculos específicos, para «activar» la sensación de movimiento de los pacientes, permitiéndoles sentir que sus dedos y manos se estaban moviendo y que eran una parte integrada de su propio cuerpo. Al sentir sus manos perdidas mientras controlan sus prótesis biónicas, los pacientes en el estudio podrían hacer patrones de agarre complejos para realizar tareas específicas tan bien o mejor que las personas sanas.

«Décadas de investigación han demostrado que los músculos necesitan sentir el movimiento para funcionar correctamente. Este sistema básicamente piratea los circuitos neuronales detrás de ese sistema «, dijo James W. Gnadt, Ph.D., director del programa en el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidente Cerebrovascular, parte de los Institutos Nacionales de Salud, que apoyó parcialmente el estudio. «Este enfoque lleva el campo de la medicina protésica a un nuevo nivel que esperamos mejore las vidas de muchos».

Para mejorar la relación entre la mente y la prótesis, investigaron si podían usar una ilusión de movimiento para ayudar a los pacientes a controlar mejor sus manos biónicas. Estudiaron a seis pacientes que previamente habían sido sometidos a reinervación nerviosa dirigida, un procedimiento que establece una interfaz neuronal-máquina al redirigir los nervios amputados a los músculos remanentes. Cuando hacían vibrar los músculos reinervados de los pacientes para proporcionar un movimiento ilusorio, no solo sentían que se movían sus extremidades ausentes, sino que podían usar estas sensaciones para manipular intencionalmente sus prótesis y guiarlas de forma precisa.

Esto es importante porque cuando una persona sana se mueve, el cerebro constantemente recibe comentarios sobre el progreso del movimiento. Este sentido inconsciente evita errores en el movimiento, como el exceso de alcance, y permite que el cuerpo haga los ajustes necesarios. Sin embargo, las personas con amputación pierden esta retroalimentación esencial y, como resultado, no pueden controlar sus prótesis sin tener que vigilarlas cuidadosamente en todo momento.

El nuevo estudio muestra que la sensación de movimiento de las extremidades ausentes, causado por la vibración muscular estratégica, proporcionó a los pacientes una mejor conciencia espacial y un mejor control del motor fino sin tener que controlar visualmente las prótesis. Además, la sensación de movimiento hizo que los brazos biónicos se sintieran más como «yo».

«Cuando haces un movimiento y luego sientes que ocurre, intrínsecamente sabes que eres el autor de ese movimiento y que tienes una sensación de control o ‘agencia’ sobre tus acciones», dijo Marasco. «Las personas que han tenido una amputación pierden esa sensación de control, lo que les hace sentirse frustrados y desconectados de sus prótesis. Las ilusiones que generamos restauran la sensación de movimiento y restablecen su sentido de agencia sobre sus prótesis. Esto ayuda a las personas con amputación a sentirse más en control.»

En el futuro, el equipo de investigación está explorando formas de expandir estas técnicas a los pacientes que han perdido una pierna, así como a aquellos con condiciones que inhiben la sensación de movimiento, como el accidente cerebrovascular. También están trabajando para empaquetar el sistema en una prótesis para aplicaciones a más largo plazo que permita a los pacientes operar el sistema diariamente.

«El objetivo final de nuestra investigación es utilizar la sensación de movimiento para optimizar la relación entre los pacientes y su tecnología, para integrar mejor sus prótesis como parte natural de sí mismos», dijo Marasco.

Marasco es un investigador principal en el Centro de Investigación de Tecnología de Plataforma Avanzada, el Centro Médico Louis Stokes del Departamento de Asuntos de Veteranos de Cleveland y un científico asociado en el Departamento de Ingeniería Biomédica en el Instituto de Investigación Lerner de Cleveland Clinic. En 2016, recibió un Premio Presidencial de Carrera Temprana para Científicos e Ingenieros del ex presidente Barack Obama.

Los coautores del estudio incluyeron a Jacqueline Hebert de la Universidad de Alberta; Jon Sensinger de la Universidad de New Brunswick; Ravi Nataraj del Stevens Institute of Technology; y Brett Mensh del Instituto Médico Howard Hughes.

 JPM