Ahora más cerca de la realidad: Prótesis que pueden sentir
Una mano protésica con sensores en las yemas de los dedos diseñada por Jacob Segil en colaboración con investigadores de la Universidad Case Western Reserve. Crédito: Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de CU Boulder
Los seres humanos hacemos muchas cosas con las manos: apretamos aguacates en la tienda de comestibles, rascamos a nuestros perros detrás de las orejas y tomamos las manos de nuestras personas importantes. Son cosas que muchas personas que han perdido extremidades no pueden hacer.
El ingeniero biomédico de CU Boulder, Jacob Segil, está trabajando para recuperar ese sentido del tacto para los amputados, incluidos los veteranos de las guerras en Irak y Afganistán.
Segil, instructor del Programa Engineering Plus y director del programa para el Centro de Investigación Traslacional de CU Boulder, es parte de un esfuerzo prolongado para lograr cosas de ciencia ficción: diseñar miembros artificiales que algún día permitan a los amputados sentir el mundo que los rodea a través de sensores electrónicos. Imagínense a Luke Skywalker retorciéndose después de que lo pinchen en su mano robótica.
«En mi campo, tenemos un estándar de oro, que es la mano fisiológica», dijo Segil, también científico investigador de atención médica en el Departamento de EE. UU. de Asuntos de Veteranos. «Estamos tratando de recrearlo, y todavía estamos muy lejos».
Lejos, pero más cerca de lo que piensas. A través de un esfuerzo liderado por la Universidad Case Western Reserve y VA, Segil y sus colegas han utilizado una «interfaz neuronal» única para devolver a un pequeño número de amputados el sentido del tacto en los dedos perdidos. En un nuevo estudio, publicado este mes en la revista Scientific Reports, el equipo demostró cuán efectiva puede ser esta tecnología de restauración sensorial al ayudar a una persona amputada a sentir que su mano adopta una serie de posturas, como un gesto parecido al pulgar hacia arriba.
Para Segil, quien recientemente recibió un premio de desarrollo profesional de $1 millón del VA para continuar con su trabajo, el proyecto es una oportunidad de usar sus habilidades de ingeniería para ayudar a personas reales.
» Muchos de nosotros, los ingenieros, estaríamos felices de construir cosas», dijo Segil. «Pero como investigador de VA, su trabajo puede ayudar a las personas que sirvieron a nuestro país. Es un poderoso motivador».
Sentido corporal
Segil creció en una familia de médicos y tuvo Durante mucho tiempo me ha fascinado la idea de estudiar el cuerpo humano como una máquina, aunque bastante complicada.
Una pantalla de sensores en la punta de los dedos. Crédito: CU Boulder College of Engineering and Applied Science
«En realidad, es solo un montón de cables y actuadores, con un enorme microprocesador en la cabeza», dijo Segil.
Ese interés lo llevó a ganar su Doctor. en ingeniería mecánica de CU Boulder y para asumir un puesto de investigación posdoctoral dividido entre dos centros VA: el Centro Médico Louis Stokes Cleveland VA en Ohio y el Centro Médico Regional VA Rocky Mountain en Aurora, Colorado. En Cleveland, Segil trabajó con el ingeniero biomédico Dustin Tyler y exploró el beneficio de las prótesis que pueden sentir.
En la década de 2000, Tyler inventó una manera de, esencialmente, conectar el sistema nervioso humano.
Su interfaz, llamada electrodo de manguito nervioso, rodea los nervios y los descarga con pulsos electrónicos. Ajuste esas señales a la perfección y viajarán al cerebro, engañándolo para que piense que puede sentir los dedos, incluso si no hay dedos para sentir.
«Estamos interviniendo en ese cable antes de que llegue al cerebro, y luego el cerebro no puede saber si proviene del dedo o de nuestro sistema artificial», dijo Tyler, profesor de Case Western y un investigador de VA.
Hasta la fecha, solo cuatro pacientes se han sometido a la cirugía necesaria para recibir esa retroalimentación sensorial. Pero el proyecto es un gran avance en prótesis, dijo Segil. Explicó que si bien las manos artificiales se han vuelto más de alta tecnología en los últimos años, muchos amputados aún optan por no usarlas, en gran parte, porque estos dispositivos están adormecidos.
«Todos los dispositivos protésicos que se han usado alguna vez son ‘incorpóreos'», dijo. «Son herramientas, externas al cuerpo. Son el equivalente de un jugador de tenis y su raqueta».
En el estudio de caso publicado recientemente, Segil y sus colegas comenzaron a investigar si las prótesis sensoriales podrían hacer másconvertirse en una parte significativa del cuerpo de una persona.
Los investigadores trabajaron con un voluntario, un hombre de unos 40 años que había perdido el brazo por debajo del codo seis años antes. Alimentaron su interfaz neuronal con diversos patrones de información sensorial, por ejemplo, señales de que estaba recogiendo un centavo. Luego, el grupo le pidió al hombre que, mientras su prótesis estaba oculta a la vista, decidiera en qué posición estaba su mano de un menú de siete posturas.
La interfaz funcionó. Con suficiente práctica, el hombre pudo identificar las siete posturas con hasta un 95 % de precisión.
«Cuando tienes cinco puntos de información, el usuario puede sintetizarlos para obtener una visión más amplia de lo que el estado de la mano es», dijo Tyler.
El equipo todavía está muy lejos de su momento de Star Wars. Pero es un buen comienzo.
«Creo que debemos ir más allá en este espacio de encarnación donde lo artificial y lo físico se difuminan», dijo Segil. «Eso es lo que va más allá de las prótesis y redefine la interfaz entre el hombre y la máquina».
Historias para contar
Segil planea impulsar su alucinante investigación con su nuevo financiación, que se dividirá entre los centros VA en Ohio y Colorado. Su trabajo actual se centrará en la psicología de las prótesis tanto como en la ingeniería. ¿Qué necesitarán los amputados para pensar en sus miembros artificiales como partes reales del cuerpo? También espera que los pacientes en Colorado pronto puedan recibir sus propias interfaces neuronales.
Por ahora, el ingeniero se inspira en personas como el sujeto humano (anónimo) que se ofreció como voluntario para participar en su estudio reciente. .
«Cada amputado tiene una historia», dijo. «Todos tienen sus cicatrices físicas, pero también triunfos emocionales, cómo superan su día a día. Es un ambiente maravilloso para trabajar».
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Nuevos sensores en las yemas de los dedos para ayudar a los veteranos a sentir a través de sus prótesis Más información: Jacob L. Segil et al. Combinación de percepciones sensoriales artificiales simultáneas para identificar posturas de manos protésicas: un estudio de caso, informes científicos (2020). DOI: 10.1038/s41598-020-62970-4 Información de la revista: Scientific Reports
Proporcionado por la Universidad de Colorado en Boulder Cita: Ahora más cerca de la realidad: Prótesis que can feel (22 de mayo de 2020) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-05-closer-reality-prosthetics.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.