Amor en prótesis

Los lagartos pueden regenerarse después de perder la cola y los cangrejos pueden regenerarse después de perder las patas, pero en comparación con estos animales aparentemente "primitivos", los humanos han perdido gran parte de la capacidad de regenerarse durante el curso de la evolución. La capacidad de regenerar las extremidades en los adultos es casi nula, con la excepción de los bebés que pueden regenerarse cuando pierden las yemas de los dedos. Como resultado, la calidad de vida de quienes pierden extremidades debido a un accidente o enfermedad puede verse muy afectada, y encontrar un reemplazo biológico ha sido una opción importante para que los médicos mejoren la vida de los amputados.

Ya en el antiguo Egipto, ha habido registros de miembros artificiales. En "El signo de los cuatro" de Conan Doyle, también hay una descripción de un asesino que usa prótesis para matar personas.

Sin embargo, estas prótesis brindan un soporte simple, pero es poco probable que mejoren significativamente la experiencia de vida de una persona amputada. Las buenas prótesis deben poder enviar señales en ambas direcciones: por un lado, el paciente puede controlar las prótesis de forma autónoma; Por otro lado, una prótesis debería poder enviar sensaciones a la corteza sensorial del cerebro del paciente, al igual que una extremidad natural con nervios, dándoles un sentido del tacto.

Estudios anteriores se han centrado en decodificar códigos cerebrales para permitir que los sujetos (monos y humanos) controlen brazos robóticos con sus mentes. Pero también es importante darle sentido a la prótesis. Un proceso aparentemente simple como agarrar implica una retroalimentación compleja, ya que inconscientemente ajustamos la fuerza de nuestros dedos de acuerdo con cómo se sienten nuestras manos, de modo que no resbalemos cosas o las pellizquemos con demasiada fuerza. Anteriormente, los pacientes con prótesis de mano tenían que depender de sus ojos para determinar la fuerza de los objetos. Se necesita mucha atención y energía para hacer cosas que podemos hacer sobre la marcha, pero incluso así, a menudo se rompen las cosas.

En 2011, la Universidad de Duke realizó una serie de experimentos con monos. Hicieron que los monos usaran sus mentes para manipular brazos robóticos virtuales para agarrar objetos de diferentes materiales. El brazo virtual envió diferentes señales al cerebro del mono cuando encontró diferentes materiales. Después del entrenamiento, los monos pudieron elegir correctamente un material en particular y recibir una recompensa de comida. No solo es una demostración preliminar de la posibilidad de dar a las prótesis un sentido del tacto, sino que también sugiere que los monos pueden integrar las señales táctiles enviadas por el cerebro de la prótesis con las señales de control motor enviadas por el cerebro a la prótesis, proporcionando una completa rango de retroalimentación desde el tacto hasta la sensación para controlar la selección del brazo según la sensación.

El experimento, aunque bueno, fue puramente neurobiológico y no involucró una prótesis real. Y para hacer eso, debes combinar la neurobiología y la ingeniería eléctrica. En enero y febrero de este año, dos universidades de Suiza y Estados Unidos publicaron artículos de forma independiente utilizando el mismo método para colocar prótesis sensoriales a pacientes experimentales.

En febrero, científicos de la Ecole Polytechnique en Lausana, Suiza, y otras instituciones, informaron sobre su investigación en un artículo publicado en Science Translational Medicine. Le dieron a un sujeto de 36 años, Dennis Aabo S? Rensen, con 20 sitios sensoriales en la mano robótica que producen diferentes sensaciones.

Todo el proceso es complicado. Primero, los médicos del Hospital Gimili de Roma implantaron electrodos en los dos nervios del brazo de Sorensen, los nervios mediano y cubital. El nervio cubital controla el dedo meñique, mientras que el nervio mediano controla el dedo índice y el pulgar. Después de que le implantaron los electrodos, los médicos estimularon artificialmente los nervios mediano y cubital de Sorensen, dándole algo que no había sentido en mucho tiempo: sintió que la mano que le faltaba se movía. Lo que significa que no hay nada de malo en el sistema nervioso de Sorensen.

Luego, los científicos de la Ecol Polytechnique en Lausana conectaron sensores a la mano robótica que podían enviar señales eléctricas en función de condiciones como la presión. Finalmente, los investigadores conectaron el brazo robótico al brazo cortado de Sorensen. Los sensores de la mano robótica ocupan el lugar de las neuronas sensoriales de la mano humana, y los electrodos insertados en los nervios reemplazan los nervios que pueden transmitir señales eléctricas en el brazo perdido.

Después de configurar y depurar el equipo, los investigadores realizaron una serie de pruebas. Para evitar otras distracciones, le vendaron los ojos a Sorensen, le taparon los oídos y le dejaron tocar solo con la mano robótica. Descubrieron que Sorensen no solo podía juzgar la dureza y la forma de los objetos que tocaba, sino también distinguir entre diferentes materiales, como objetos de madera y telas. Además, el manipulador y el cerebro de Sorensen están bien coordinados y responden bien. Para que pueda ajustar rápidamente su fuerza cuando levanta algo y mantenerlo estable. "Me sorprendió porque de repente pude sentir algo que no había sentido durante los últimos nueve años", dijo Sorensen en un video proporcionado por la Ecole Polytechnique en Lausana. "Cuando moví mi brazo, podía sentir lo que estaba haciendo en lugar de mirar lo que estaba haciendo".

Se realizó un estudio similar en la Universidad Case Western Reserve en Estados Unidos. Su tema fue Igor Spetic, 48, de Madison, Ohio. Perdió su mano derecha cuando un martillo cayó sobre él mientras fabricaba piezas de aluminio para motores a reacción.

La técnica utilizada por los investigadores de la Universidad Case Western Reserve es aproximadamente la misma que la utilizada en ECOLE Polytechnique en Lausana, con una diferencia importante. Los electrodos utilizados en la Ecole Polytechnique de Lausana perforaron las neuronas del brazo de Sorensen en el axón; Los electrodos de la Universidad Case Western Reserve no penetran en la neurona, sino que rodean su superficie. El primero puede producir señales más precisas, dando a los pacientes sentimientos más complejos y matizados.

Pero hacerlo tiene riesgos potenciales tanto para los electrodos como para las neuronas. A algunos científicos les preocupa que los electrodos invasivos puedan causar efectos secundarios crónicos en las neuronas y que los electrodos sean menos duraderos. Sin embargo, los investigadores de ambas instituciones confían en poder superar las debilidades de su enfoque. El Spiderdick también produce una sensación bastante precisa de separación del papel de lija, las bolas de algodón y el cabello. Los investigadores de la Ecole Polytechnique en Lausana, sin embargo, dijeron que confiaban en la durabilidad y estabilidad de su electrodo invasivo, que duró entre nueve y 12 meses en ratas.

Aún así, es demasiado pronto para poner esta investigación en el mercado. Además de la durabilidad y la seguridad, la conveniencia de las prótesis sensoriales aún está lejos de ser suficiente. Sorenson y Specdick permanecieron en el laboratorio mientras se colocaban las prótesis. Sus manos, con muchos cables y artilugios, no se parecen en nada a las extremidades biónicas de la ciencia ficción. Silvestro Micera, profesor de la Ecole Polytechnique de Lausana que trabajó en el estudio, dijo que pasarían varios años antes de que las primeras prótesis sensoriales, que parecen normales, salgan del laboratorio.

"Estoy emocionado de ver lo que están haciendo. Espero que ayude a otros. Sé que la ciencia lleva mucho tiempo. Si no puedo usarla ahora, pero la próxima persona puede, eso es genial".

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Hora de publicación: Ago-14-2021