Nuevo avance para que los miembros protésicos se sientan más naturales

Junio 02, 2017

Una nueva técnica quirúrgica ideada por investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts en Cambridge (EE.UU.) podría permitir que los miembros protésicos se sientan mucho más como extremidades naturales. A través de la coordinación de la extremidad protésica del paciente, los nervios existentes y los injertos musculares, los amputados podrían sentir dónde están sus miembros en el espacio y cuánta fuerza se les está aplicando. Una técnica que, además, podría ayudar a reducir la tasa de rechazo de extremidades protésicas, que en la actualidad se establece en torno al 20%.

Como explica Hugh Herr, director de esta investigación publicada en la revista " Science Robotics", "estamos hablando de una mejora dramática en la atención al paciente. En este momento no existe un método neural robusto para que una persona con amputación de miembros perciba posiciones propioceptivas y fuerzas aplicadas a la prótesis. Imagínese cómo esto obstaculizaría completamente la capacidad de moverse, equilibrar o manipular objetos".

Músculos agonistas-antagonistas

En el nuevo estudio, los investigadores demostraron con modelos animales -ratas- que su técnica genera retroalimentación sensorial del músculo-tendón al sistema nervioso, que debería ser capaz de transmitir información sobre la colocación de una prótesis y las fuerzas aplicadas. Así, el próximo paso será planear cómo aplicar este enfoque en amputados humanos, caso del propio Hugh Herr, que sufrió la amputación de ambas piernas por debajo de la rodilla a la edad de 17 años.

Durante una amputación de miembros convencionales, los músculos se cortan de una manera que interrumpe una relación clave que normalmente ayuda a las personas a controlar sus extremidades y su percepción espacial. La mayoría de los músculos que controlan el movimiento de las extremidades ocurren en pares conocidos como 'pares agonistas-antagonistas', de modo que un músculo se estira cuando el otro se contrae.

El cerebro se adaptará rápidamente para saber cuánto tiene que contraer cada injerto de músculo para el control natural de la prótesisHugh Herr

Por ejemplo, al doblar el codo, el músculo bíceps se contrae, haciendo que el tríceps se estire. Y con este estiramiento del tríceps, se envía información sensorial relacionada con la posición, la velocidad y la fuerza al cerebro. Esta relación muscular agonista-antagonista es también la que permite a las personas controlar de forma independiente la posición y la rigidez en las articulaciones de los miembros.

Por el contrario, y dada la ausencia de estos pares de músculos intactos, las personas con amputación de miembros no tienen manera de detectar dónde están sus miembros artificiales, ni pueden sentir las fuerzas aplicadas a esos miembros. En consecuencia, indican los autores, "las personas amputadas tienen que seguir visualmente sus manos o sus extremidades, porque no hay ninguna retroalimentación del dispositivo o de la extremidad residual que le diga a su cerebro dónde están sus extremidades protésicas en el espacio".

Prótesis 'más naturales'

El equipo del MIT se propuso recrear estas relaciones musculares agonistas-antagonistas. Y es que en muchos amputados, los nervios que envían señales a la extremidad amputada permanecen intactos. Así, los científicos decidieron aprovecharse de esos nervios conectándolos a los pares del músculo injertados de otra parte del cuerpo en el sitio de la amputación.

Estos injertos consisten en un par de músculos que trabajan juntos como músculos naturales. Cuando el cerebro envía señales ordenando a una extremidad a moverse, uno de los músculos injertados contraerá, y su agonista se extenderá. El músculo agonista entonces envía información al cerebro acerca de cuánto movió el músculo y las fuerzas aplicadas al mismo.

En el estudio, los autores probaron los injertos musculares en ratas y encontraron que cuando los animales contraían un músculo del par, el otro músculo se movía en sentido opuesto y enviaba la información sensorial al cerebro.

Es más; los investigadores también han desarrollado los componentes de un sistema de control que traducirá las señales nerviosas en instrucciones para mover la extremidad protésica. Cuando el cerebro envía impulsos nerviosos a los músculos regenerados, esas señales también serán recibidas por un microprocesador que controla el movimiento del miembro artificial. En consecuencia, los estímulos neuronales harán que el músculo agonista se contraiga y el músculo antagonista se estire. El músculo estirado entonces proporcionará retroalimentación neural para permitir al paciente sentir dónde está su miembro en el espacio. Los científicos esperan que el cerebro sea capaz de aprender rápidamente cuánto control tiene que ejercer para hacer mover un miembro artificial de la forma deseada.

Como concluye Hugh Herr, "usando este marco, el paciente no tendrá que pensar en cómo controlar su miembro artificial. Cuando un paciente se imagine moviendo su miembro fantasma, se enviarán señales a través de los nervios a los pares de músculos construidos quirúrgicamente. Los electrodos implantados en el músculo detectarán estas señales para el control de los motores sintéticos en la prótesis externa. Creemos que debido a que el cerebro es tan bueno en la reasignación y es tan plástico, se adaptará rápidamente para saber cuánto tiene que contraer cada injerto de músculo para el control natural de la prótesis ".

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