El novedoso sistema permite restablecer los comportamientos naturales del paciente combinando el control motor intuitivo con la sensación de tacto y movimiento de la mano

Investigadores de la Clínica Cleveland han diseñado un brazo biónico para pacientes con amputaciones de extremidades superiores que, por primera vez, permite a los usuarios pensar, comportarse y funcionar como una persona sin ninguna amputación, según los nuevos resultados publicados en Science Robotics.

El equipo de investigación internacional, dirigido por la Clínica Cleveland, desarrolló el sistema biónico que combina tres funciones importantes: control motor intuitivo, cinestesia de tacto y agarre, sensación intuitiva de abrir y cerrar la mano. Entre los colaboradores se encuentran la Universidad de Alberta y la Universidad de New Brunswick, en Estados Unidos.

"Modificamos una prótesis estándar con este complejo sistema biónico que permite a los usuarios mover su brazo protésico de forma más intuitiva y experimentar sensaciones de tacto y movimiento al mismo tiempo", dijo el investigador principal, el doctor Paul Marasco, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Biomédica del Instituto de Investigación Lerner de la Clínica Cleveland. "Estos hallazgos son un paso importante para proporcionar a las personas con amputación la restauración completa de la función natural del brazo".

El sistema es el primero en probar las tres funciones sensoriales y motoras de una interfaz neural-máquina a la vez en un brazo protésico. La interfaz neural-máquina se conecta con los nervios de la extremidad del usuario. Eso permite a los pacientes enviar impulsos nerviosos de su cerebro a la prótesis cuando quieren usarla o moverla, y recibir información física del entorno y transmitirla de nuevo a su cerebro a través de sus nervios.

La retroalimentación y el control bidireccional del brazo artificial permitieron a los participantes del estudio realizar tareas con un grado de precisión similar al de las personas sin ninguna discapacidad.

"Quizá lo que más nos entusiasmó fue saber que hacían juicios, tomaban decisiones y calculaban y corregían sus errores como una persona sin amputación", dijo el Dr. Marasco, quien dirige el Laboratorio de Integración Biónica. "Con el nuevo miembro biónico, las personas se comportaban como si tuvieran una mano natural. Normalmente, estos comportamientos cerebrales son muy diferentes entre personas con y sin prótesis de miembro superior." El Dr. Marasco también trabaja en el Centro de Epilepsia Charles Shor de la Clínica Cleveland y en el Centro de Tecnología de Plataformas Avanzadas del Centro Médico de Cleveland VA.

Los investigadores probaron su nuevo miembro biónico en dos participantes del estudio con amputaciones de las extremidades superiores que se habían sometido previamente a una reinervación sensorial y motora dirigida -procedimientos que establecen una interfaz neural-máquina redirigiendo los nervios amputados a la piel y los músculos restantes. Debido al reducido tamaño del estudio, será importante realizar investigaciones adicionales.

En la reinervación sensorial dirigida, al tocar la piel con pequeños robots se activan los receptores sensoriales que permiten a los pacientes percibir la sensación del tacto. En la reinervación motora dirigida, cuando los pacientes piensan en mover sus extremidades, los músculos reinervados se comunican con una prótesis computarizada para que se muevan de la misma manera. Además, unos pequeños y robots potentes hacen vibrar los receptores sensoriales cinestésicos de esos mismos músculos, lo que ayuda a los usuarios de prótesis a sentir que su mano y su brazo se mueven.

Mientras utilizaban la prótesis avanzada, los participantes realizaron tareas que reflejan comportamientos básicos y cotidianos que requieren la funcionalidad de la mano y el brazo. Con sus nuevas herramientas de evaluación avanzada, los investigadores evaluaron el rendimiento de la extremidad biónica en comparación con el de las personas sin discapacidad y las personas con amputaciones que tienen dispositivos protésicos tradicionales. También compararon cómo les iba a las personas con la prótesis avanzada cuando las tres modalidades sensoriales y motoras se habilitaban juntas frente a las individuales.

Según el Dr. Marasco, debido a que las personas con prótesis tradicionales no pueden sentir con sus extremidades, se comportan de forma diferente a las personas sin amputación al realizar tareas de la vida diaria. Por ejemplo, los usuarios de prótesis tradicionales deben vigilar constantemente su prótesis mientras la utilizan y tienen problemas para aprender a corregir los errores cuando aplican demasiada o poca fuerza con la mano.

Con el nuevo brazo artificial y las avanzadas herramientas de evaluación, los investigadores pudieron comprobar que las estrategias cerebrales y de comportamiento de los participantes del estudio cambiaron para adaptarse a las de una persona sin amputación. Ya no necesitaban vigilar su prótesis, podían encontrar las cosas sin mirar y podían corregir sus errores con mayor eficacia.

"En la última década, o dos últimas décadas, los avances en prótesis han ayudado a los usuarios a conseguir una mayor funcionalidad y a gestionar su vida diaria por sí mismos", dijo el Dr. Marasco. Por primera vez, las personas con amputaciones de las extremidades superiores pueden volver a "pensar" como una persona sana, lo que ofrece a los usuarios de prótesis nuevos niveles de reintegración en la vida diaria.

Más allá de este estudio, las nuevas mediciones de resultados relacionadas con el comportamiento y la funcionalidad del cerebro que el equipo internacional desarrolló para evaluar el sistema biónico pueden aplicarse a cualquier prótesis o déficit de la extremidad superior que implique sensación y movimiento.