La prótesis de mano controlada por pensamiento restaura 100 sensaciones táctiles realistas. (Traducción)

Kevin Walgamot sostiene y vuelve a sentir la mano de su esposa con un brazo robótico experimental. Fotografía: Jacob George et al. Laboratorio Doctor Greg Clark, Universidad de Utah.

Cuando Kevin Walgamot extendió la mano, tomó a su esposa de la mano y su rostro esbozó una gran sonrisa. Por primera vez en 14 años, pudo sentir sus dedos suaves presionados firmemente contra la palma de la prótesis.

David está probando una nueva interfaz que combina a la perfección movimiento y sensación. Cual es el proposito Es reemplazar la sensación de "extrañeza" de la prótesis robótica con algo intuitivo y natural como parte de sí misma.

Implantada directamente en los nervios restantes del antebrazo perdido de Kevin, la interfaz traduce los pensamientos en señales eléctricas que ponen en movimiento el hábil brazo robótico.

Pero eso no es todo: también recibe información de sensores en un brazo robótico y la envía de regreso al cerebro a través de dos conjuntos eléctricos implantados de alta densidad. En el cerebro, los impulsos eléctricos se transforman en una sensación de presión, vibración y movimiento, sensaciones que provienen de la propia extremidad perdida.

Es este circuito cerrado del pensamiento al movimiento y luego a la retroalimentación sensorial lo que hace que el dispositivo sea especial.

“Las personas a menudo piensan que el tacto es un sentimiento solitario, pero en realidad también incluye otros sentidos, como presión, vibración, temperatura, dolor, etc. La alta resolución de nuestro dispositivo le permite activar estas subclases de contacto de forma aislada (es decir, presión sin vibración ni dolor) en una parte específica de la mano ”. Dice Jacob George , quien ayudó a desarrollar la interfaz en la Universidad de Utah .

A diferencia de las generaciones anteriores de interfaces que transmiten solo alrededor de 20 sensaciones; por ejemplo, los participantes solo pueden sentir presión, el nuevo sistema restaura 100 sensaciones únicas con diferencias sutiles.

Y eso hace que la interfaz sea radicalmente diferente.

George explica: “Nuestros miembros controlaron las dentaduras postizas con el pensamiento anterior. También sintieron la sensación de su mano perdida antes. Pero combinando ambos enfoques, agregar comentarios es una experiencia completamente diferente. De repente, la mano vuelve a la vida.

Problemas de prótesis

Video
Investigadores de la Universidad de Utah están desarrollando un brazo robótico experimental que se controla mediante la detección de los impulsos nerviosos.

Kevin es una de las 1.6 millones de personas en los Estados Unidos que han tenido una amputación.

"Habiendo perdido una extremidad, no solo pierdes físicamente una parte de ti mismo, también pierdes una parte del componente espiritual", dice George.

Aparecen depresión y ansiedad. Algunos pacientes incluso experimentan dolores fantasmas, una sensación de ardor que parece provenir de sus extremidades amputadas, y no responden a los analgésicos convencionales.

"Nuestros participantes describieron la pérdida de manos como la pérdida de un miembro de la familia que tienen que soportar todos los días", dijo George.

Es esta "bestia emocional" la que es extremadamente difícil de domesticar. Una razón es que las prótesis modernas simplemente no se sienten bien. Los científicos ya han tenido éxito en la creación de prótesis flexibles que restauran algunas funciones normales. Estos dispositivos generalmente detectan señales eléctricas de los músculos sobre el sitio de amputación utilizando electrodos de superficie, un enfoque no invasivo, pero actúa de manera menos selectiva en las fibras nerviosas individuales.

"Hablando en sentido figurado, es tan difícil tener una conversación privada con alguien dentro de un estadio de fútbol si gritas afuera", dijo George.

Las prótesis posteriores se conectan directamente a la fuente: la corteza motora del cerebro del paciente o sus nervios restantes en el muñón. Estos nervios transmiten la intención del cerebro de cambiar a una extremidad amputada; estas señales se pueden decodificar para mover el brazo protésico.

En comparación con el cerebro, los nervios de las manos son mucho más seguros para la implantación. Sus señales también son más fáciles de entender: una neurona da una señal, un músculo se contrae. En lugar de tratar de identificar una señal entre la cacofonía de la corteza cerebral, tiene más sentido actuar aguas abajo de la señal.

Sin embargo, a pesar de la sorprendente tecnología que permite a los pacientes controlar un brazo robótico con sus pensamientos, estos dispositivos aún tienen problemas.

Sin la retroalimentación sensorial que solemos obtener, los pacientes no pueden afinar el agarre. En lugar de pellizcar las uvas, terminan convirtiéndolas en gachas. No es intuitivo y decepcionante.

“Como resultado, casi el 50 por ciento de los pacientes rechazan las prótesis. Queremos restaurar la experiencia completa de usar la mano ”, dice George.


Roboruk le permite a Kevin volver a sentir los objetos, fue capaz de tomar uvas sin aplastar las bayas. (Universidad Estatal de Utah)

Decisión de Utah

Investigadores de la Universidad de Utah han desarrollado una tecnología que permite a los usuarios detectar objetos con un brazo robótico. En un experimento, pudieron distinguir entre una esponja suave y un plástico duro.

El trabajo del nuevo sistema consta de dos partes: en primer lugar, capta señales del cerebro a través de dos conjuntos microelectrónicos a una fracción de un centavo cuyo tamaño se implanta en los nervios residuales del paciente que excitan el brazo. Al mismo tiempo, otra parte de los electrodos capta señales de los músculos residuales.

"Después de la implantación, debemos crear un mapa de las sensaciones posibles, y esto es individual para cada paciente", dice George.

Estimulamos cuidadosamente cada uno de los electrodos de la matriz, en total había 192, y le pedimos a Kevin que dijera dónde sintió las sensaciones y cómo fue.

Por ejemplo, el electrodo 64 se asoció con una sensación de presión en la punta del dedo. El equipo activa el sensor de presión en el pulgar de la prótesis, para que se comporte como un brazo biológico.

Tan pronto como completemos el mapeo, todo el proceso de traducción es automático. Kevin puede mover intuitivamente el brazo protésico, como si controlara su propia mano.

Cuando la prótesis hace contacto, el equipo estimula el electrodo apropiado para proporcionar retroalimentación al paciente. Para la punta del dedo, este es el electrodo 64. Cuanto más fuerte es la presión, más fuerte es la señal. En esencia, los conjuntos de electrodos esencialmente reemplazan las terminaciones nerviosas perdidas que generalmente excitan el brazo.
Por lo tanto, cuando el pulgar de la prótesis toca las uvas, Kevin siente un toque.

Las mejoras funcionales fueron enormes. En una prueba, donde se le pidió a Kevin que se moviera alrededor de un "huevo mecánico" que siente presión, tuvo éxito sin romper el borde y mostró el resultado un 21% mejor cuando se activó la retroalimentación sensorial.

Todo yo

Pero quizás la mayor ventaja es la emocionalidad.

En un video, se le pidió a un ex miembro que tocara una puerta virtual usando una prótesis de computadora. La simulación era caricaturesca y cruda, pero no le importaba al paciente.

Llegando a la puerta, suspiró en voz alta: “Oh, Dios mío. ¡Siento la puerta! - y exclamó, jadeando: “¡Dios! ¡Esto es genial!

"No es que el participante sintió el toque con su mano ausente, el hecho es que sintió la puerta por primera vez en 24 años de interacción con el medio ambiente", explica George.

Este sentimiento es la encarnación de lo que anteriormente estaba ausente en las prótesis.

La experiencia de Kevin no fue menos insidiosa. Después de entrenar con una prótesis de mano impresa en una impresora 3D, le preguntaron qué le gustaría hacer.

"Quiero apretar las manos", dijo, doblando la mano que le quedaba en un puño flojo, con cuidado, presionándola repetidamente contra la prótesis, como si se masajeara los nudillos después de un largo día.

“Inicialmente, la prótesis era solo una herramienta para ayudarlo con actividades en la vida cotidiana, pero ahora, esto es lo que se comporta como su propia mano.
No se trata solo de mejorar la destreza o mejorar la sensibilidad, sino también de sentirse unido de nuevo ", George.

El equipo ahora está trabajando con entusiasmo en una versión inalámbrica doméstica de su sistema para que los pacientes la utilicen en la vida cotidiana. Sin cables, debería tener menos posibilidades de infección y descomposición. También se espera que estos beneficios se mejoren con una mayor práctica y uso continuo.

Después de haber probado la interfaz actual con siete pacientes, el equipo se siente seguro. Dicen que harán una versión inalámbrica, lista para pruebas en humanos en aproximadamente un año.

"En última instancia, como dijo uno de nuestros pacientes, se verá exactamente como la mano de Luke Skywalker, entonces todos querrán una prótesis de este tipo", concluye George con una amplia sonrisa.


La mano de Luke, una prótesis robótica creada por DEKA y que lleva el nombre de Luke Skywalker, el protagonista de la película de Star Wars con una prótesis.

el original

Si desea unirse al desarrollo o tiene ideas sobre el mecanismo, diseño, diseño de prótesis, experiencia de uso, lo invitamos a nuestro chat de trabajo. Continuamos la discusión en un formato de diálogo.