Los científicos de la Universidad de Chicago y la Universidad Case Western Reserve han encontrado una manera de producir sensaciones realistas de contacto en dos amputados humanos estimulando directamente el sistema nervioso.
El estudio, publicado el 26 de octubre en Medicina traslacional de la ciencia STM, confirma investigaciones anteriores sobre cómo el sistema nervioso codifica la intensidad o la magnitud de las sensaciones. Es la segunda de dos publicaciones innovadoras este mes del neurocientífico de la Universidad de Chicago Sliman Bensmaia, PhD, que utiliza dispositivos neuroprostéticos para recrear elsentido del tacto para pacientes amputados o tetrapléjicos con un enfoque "biomimético" que se aproxima al sistema nervioso natural e intacto.
El 13 de octubre, en una publicación separada de STM, Bensmaia y un equipo dirigido por Robert Gaunt, PhD, de la Universidad de Pittsburgh, anunciaron que, por primera vez, un paciente humano paralizado podía experimentar el sentido del tacto.a través de un brazo robótico que controla con su cerebro. En ese estudio, los investigadores interactuaron directamente con el cerebro del paciente, a través de un conjunto de electrodos implantados en las áreas del cerebro responsables de los movimientos de las manos y del tacto, lo que permitió al hombre mover ambosbrazo robótico y sentir objetos a través de él.
El nuevo estudio adopta un enfoque similar en amputados, trabajando con dos sujetos masculinos que perdieron un brazo cada uno después de lesiones traumáticas. En este caso, a ambos sujetos se les implantaron interfaces neuronales, dispositivos integrados con electrodos que estaban unidos a la mediana, cubitaly los nervios radiales del brazo. Esos son los mismos nervios que llevarían señales de la mano si aún estuvieran intactos.
"Si desea crear una mano diestra para usar en un paciente amputado o tetrapléjico, necesita no solo poder moverlo, sino tener retroalimentación sensorial", dijo Bensmaia, profesora asociada de organismosbiología y anatomía en la Universidad de Chicago ". Para hacer esto, primero debemos observar cómo la mano intacta y el sistema nervioso intacto codifican esta información, y luego, en la medida de lo posible, intentamos imitarla en una neuroprótesis."
Recreando diferentes sensaciones de intensidad
La última investigación es un esfuerzo conjunto de Bensmaia y Dustin Tyler, PhD, el Profesor de Ingeniería Biomédica Kent H. Smith en la Universidad Case Western Reserve, que trabaja con un gran equipo tratando de hacer que las manos biónicas sean clínicamente viables. El equipo de Tyler liderópor la estudiante de doctorado Emily Graczyk, probó sistemáticamente la capacidad de los sujetos para distinguir la magnitud de las sensaciones provocadas cuando sus nervios se estimulaban a través de la interfaz. Variaban aspectos de las señales, como la frecuencia y la intensidad de cada pulso eléctrico. El objetivo eraentender si había una forma sistemática de manipular la magnitud sensorial.
Investigaciones anteriores del laboratorio de Bensmaia predijeron cómo el sistema nervioso discierne la intensidad del tacto, por ejemplo, qué tan fuerte está presionando un objeto contra la piel. Ese trabajo sugirió que el número de veces que ciertas fibras nerviosas se disparan en respuesta a un estímulo dado, conocidocomo la tasa de aumento de la población, determina la intensidad percibida de un estímulo dado.
Los resultados del nuevo estudio verifican esta hipótesis: se descubrió que una sola característica de la estimulación eléctrica, denominada tasa de carga de activación, determina la fuerza de la sensación. Al cambiar la tasa de carga de activación, el equipo podría cambiar la magnitud sensorial enuna manera altamente predecible. El equipo demostró que la tasa de carga de activación también estaba estrechamente relacionada con la tasa de aumento de la población evocada.
Construyendo neuroprotésicos que se aproximan al sistema nervioso natural
Si bien el nuevo estudio fomenta el desarrollo de interfaces neuronales para neuroprotésica, el tacto artificial solo será tan bueno como los dispositivos que proporcionan información. En un documento separado publicado a principios de este año en IEEE Transactions on Haptics, Bensmaia y su equipo probaron las habilidades sensorialesde la punta de un dedo robótica equipada con sensores táctiles.
Utilizando las mismas técnicas de comportamiento que se utilizan para probar las habilidades sensoriales humanas, el equipo de Bensmaia, dirigido por Benoit Delhaye y Erik Schluter, probó la capacidad del dedo para distinguir diferentes ubicaciones táctiles, diferentes niveles de presión, la dirección y la velocidad de las superficies que se mueven a través de él.y la identidad de las texturas escaneadas a través de él. El dedo robótico con la ayuda de algoritmos de aprendizaje automático demostró ser casi tan bueno como un ser humano en la mayoría de estas tareas sensoriales. Al combinar una entrada de alta calidad con los algoritmos y datos Bensmaiay Tyler produjo en el otro estudio, los investigadores pueden comenzar a construir neuroprotésicos que se aproximen a las sensaciones naturales del tacto.
Sin sensaciones realistas de sensaciones naturales, la neuroprotésica nunca se acercará a lograr la destreza de nuestras manos nativas. Para ilustrar la importancia del tacto, Bensmaia se refirió a un piano. Tocar el piano requiere un toque delicado, y un pianista experto sabecómo golpear las teclas suavemente o con fuerza en función de las señales sensoriales de la punta de los dedos. Sin estas señales, los sonidos que emitiría el piano no serían muy musicales.
"La idea es que si podemos reproducir esas señales exactamente, el amputado no tendrá que pensarlo, simplemente puede interactuar con los objetos de forma natural y automática. Los resultados de este estudio constituyen un primer paso para transmitir información finamente calificada sobrepresión de contacto ", dijo Bensmaia.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Centro médico de la Universidad de Chicago . Original escrito por Matt Wood. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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