Se creó un implante cerebral humano para recibir sensaciones táctiles de un brazo mecánico

El tacto es la respuesta que recibimos cuando usamos la mano. Gracias al tacto, puede manipular objetos sin mirar: agarrarlos, planchar, golpear, etc. La retroalimentación es necesaria para el manejo cuidadoso de artículos frágiles como los huevos. Touch proporciona información crítica para una respuesta refleja instantánea, para que una persona mantenga intactos sus mecanismos y órganos.

Al final, gracias al tacto, el cerebro recibe información sobre algunas propiedades de los objetos; de lo contrario, estas propiedades no se pueden reconocer. Por ejemplo, suavidad / dureza, elasticidad, adherencia, etc. Usando estos datos, el cerebro calcula otras propiedades del objeto, lo que nos permite predecir de manera confiable el futuro, es decir, predecir el resultado de la interacción con el objeto.

La importancia del tacto es innegable. En este sentido, es muy deprimente que los diseñadores de bioprótesis todavía no hayan encontrado una forma confiable de transmitir información desde los sensores de las manos mecánicas al cerebro humano.

Hasta ahora, ni una sola prótesis de brazos y piernas disponible comercialmente está equipada con sensores táctiles, porque todavía es imposible transmitir esta información a una persona en tiempo real, es decir, de forma natural: a través de las terminaciones nerviosas al cerebro.

¿Recuerdas cómo Luke Skywalker sintió dolor cuando una aguja lo pinchó en su brazo biónico recién colocado? Por supuesto, me gustaría hacer que esta tecnología esté disponible no solo para los Sith, sino también para la gente común.

Los ingenieros llevan mucho tiempo intentando resolver el problema. Obviamente, se requiere la interacción con el sistema nervioso central de una persona, cuyo protocolo aún no se ha descifrado por completo. Tenemos que buscar soluciones para combinar estructuras neuronales vivas y estructuras mecánicas. Ahora bien, esta es la ciencia aplicada de la neuroingeniería . Un grupo de neuroingenieros de la Universidad de Pittsburgh (EE. UU.) Encontró una posible solución para transmitir impulsos táctiles desde un brazo mecánico.

Los ingenieros intentaron reemplazar el sentido natural del tacto con impulsos artificiales con la esperanza de que el cerebro mismo sintonizara una nueva señal. Los electrodos están montados en la corteza cerebral, que estimulan áreas individuales de acuerdo con las lecturas de los sensores en un brazo mecánico. Una persona tiene la sensación de que está tocando algo.

Este fenómeno se describe en varios artículos científicos. Parece que se notó por primera vez en 1997 y se describió en un artículo científico en la revista Nature . Luego, los científicos notaron que la estimulación de ciertas partes de la corteza cerebral hace que los animales reaccionen como si sus extremidades se estuvieran moviendo. Pero lo que sienten exactamente los animales durante la estimulación cerebral sigue siendo desconocido. En años posteriores, tales experimentos se llevaron a cabo en humanos.: los sujetos confirmaron que sienten ciertos sentimientos en las extremidades.

La Universidad de Pittsburgh realizó un largo experimento de seis meses en un paciente de 28 años, Nathan Copeland, con una lesión medular de larga evolución. El chico en 2004 tuvo un accidente y se rompió el cuello.

Se introdujeron dos neuroimplantes con una red de 60 electrodos de 2,4 × 4 mm de tamaño en el cerebro de Nathan. Un cable del cerebro sale de la cabeza y se conecta a un módulo de metal externo, que sirve como conexión.



Lo más difícil fue encontrar un lugar adecuado en la corteza cerebral para la implantación del implante. Los científicos estudiaron durante mucho tiempo un mapa funcional del cerebro, tratando de determinar con precisión el área de la corteza en la que se produce el procesamiento de las señales táctiles. Para este paciente, que no había tocado nada durante 10 años, se vio obligado a pensar activamente en cómo toca y siente con diferentes dedos. Al mismo tiempo, se tomaron las lecturas de la resonancia magnética.



Al final, los científicos pudieron hacer un mapa aproximado de las secciones de la región somatosensorial de la corteza asociada con el procesamiento de información de cada uno de los tres dedos (pulgar, índice, meñique) y palma.



Los implantes se insertaron cuidadosamente junto a las neuronas correspondientes, y el paciente se conectó al sistema de microestimulación, aplicando impulsos débiles a los electrodos y monitoreando la reacción. Dijo que siente varias combinaciones de vibración, tacto, presión y hormigueo, como en las articulaciones y debajo de la piel de una mano. Curiosamente, el mapa de sensaciones no ha cambiado en seis meses.

Para el experimento científico principal, el módulo de comunicación del implante se conectó a una prótesis mecánica, y se registraron las sensaciones que experimenta un paciente durante varias acciones de un brazo mecánico. Resultó que presionando los dedos correctamente reconoce en el 84% de los casos, y durante el entrenamiento, en el 100% de los casos.


Científico presiona el dedo cuando el paciente tiene los ojos vendados

Intentaron crear una interfaz táctil para miembros artificiales antes. Por ejemplo, en el marco del programa DARPA HAPTIX , se está desarrollando una interfaz neuronal para transmitir señales táctiles desde la prótesis al sistema nervioso. En la radiografía a continuación, los electrodos se implantan quirúrgicamente en el antebrazo y se conectan mediante cables a una computadora externa. Idealmente, las señales sensoriales de la prótesis ingresan a través de la interfaz táctil al sistema nervioso periférico y desde allí a la médula espinal.


Electrodos implantados quirúrgicamente en el antebrazo y conectados a una computadora externa

Los científicos del proyecto HAPTIX lograron un buen resultado en la creación de una interfaz táctil. Pero no puede ayudar a las personas que sufren daños en la médula espinal. Pero el desarrollo de neuroingenieros de la Universidad de Pittsburgh puede ayudar.

El valor del nuevo método es que la información se transmite directamente al cerebro desde la mano, sin pasar por la médula espinal, aunque sea de forma inalámbrica. Esto da esperanza a una gran cantidad de personas que viven con lesiones de la médula espinal. Solo en los Estados Unidos, hay entre 243,000 y 347,000 personas, estimadasCentro Nacional de Lesiones Espinales. Si se aproxima, entonces en todo el mundo debería haber varios millones. Dependiendo del grado de daño a las vías nerviosas, los efectos varían en fuerza: desde una pérdida parcial de la sensibilidad en los dedos hasta una pérdida completa de la capacidad de controlar toda la extremidad.

Para las personas con lesiones de la médula espinal, la implantación de un receptor de señal en el cerebro es la más adecuada. Es una pena que el mapa cerebral de cada persona tenga sus propias características, por lo que antes de la implantación deberá realizar un mapeo individual de la región somatosensorial de la corteza, es decir, varias sesiones de resonancia magnética.

El implante táctil cerebral todavía necesita ser desarrollado más. Ni siquiera puede compararse con una mano viva, y en lugar de algunas sensaciones táctiles, el paciente siente una sensación de hormigueo. Los científicos no han podido pretender tocar desde ciertas partes de la mano, por ejemplo, desde la punta de los dedos. Quizás sea necesario un posicionamiento más preciso de los electrodos en la corteza somatosensorial. Tal vez se debe aumentar el número de electrodos.

El 19 de octubre de 2016 se publicará un artículo científico que describe un implante innovador en la revista Science Translational Medicine (doi: 10.1126 / scitranslmed.aaf8083).

Source: https://habr.com/ru/post/es398269/