I ricercatori stanno sviluppando una protesi controllata dal cervello per le persone con amputazioni delle gambe

“Siamo stati in grado di dimostrare il primo controllo neurale completo della camminata robotica”, ha affermato Hyungyeon Song, primo autore dello studio e ricercatore post-dottorato al MIT.

La maggior parte delle moderne protesi bioniche si basano su comandi robotici preprogrammati piuttosto che sui segnali cerebrali dell’utente. Le tecnologie robotiche avanzate possono percepire l’ambiente e attivare ripetutamente un movimento delle gambe preimpostato per aiutare una persona a navigare su questo tipo di terreno.

Ma molti di questi robot funzionano meglio su terreni pianeggianti e hanno difficoltà a superare ostacoli comuni come dossi o pozzanghere. La persona che indossa la protesi spesso non ha voce in capitolo nella regolazione della protesi una volta spostata, soprattutto in risposta a improvvisi cambiamenti del terreno.

“Quando cammino, ho la sensazione che qualcuno mi stia portando a spasso perché un algoritmo invia comandi a un motore, e io non lo sto facendo”. Lepre ha subito l’amputazione di entrambe le gambe sotto il ginocchio diversi anni fa a causa del congelamento e utilizza protesi robotiche avanzate.

“C’è un numero crescente di prove [showing] “Quando si collega il cervello a una protesi meccatronica, si verifica un’incarnazione in cui l’individuo vede la protesi come un’estensione naturale del proprio corpo”, ha detto Hare.

Gli autori hanno lavorato con 14 partecipanti allo studio, metà dei quali hanno ricevuto amputazioni sotto il ginocchio attraverso un approccio noto come interfaccia mioneurale stimolatore-antagonista (AMI), mentre l’altra metà è stata sottoposta ad amputazioni tradizionali.

“La cosa interessante di questo è il modo in cui sfrutta l’innovazione chirurgica insieme all’innovazione tecnologica”, ha affermato Connor Walsh, professore alla School of Engineering and Applied Science di Harvard, specializzato nello sviluppo di robot assistivi indossabili e non è stato coinvolto nello studio.

L’amputazione AMI è stata sviluppata per affrontare i limiti della tradizionale chirurgia di amputazione della gamba, che interrompe importanti connessioni muscolari nel sito dell’amputazione.

I movimenti sono resi possibili dal modo in cui i muscoli si muovono in coppia. Un muscolo, noto come agonista, si contrae per muovere un arto, mentre un altro muscolo, noto come antagonista, si allunga in risposta. Ad esempio, durante il curl del bicipite, il bicipite è l’antagonista perché si contrae per sollevare l’avambraccio verso l’alto, mentre il tricipite è l’antagonista perché si allunga per consentire il movimento.

Quando l’amputazione chirurgica comporta la rottura di coppie muscolari, la capacità del paziente di sentire le contrazioni muscolari dopo l’intervento viene compromessa e, di conseguenza, la sua capacità di percepire con precisione e chiarezza la posizione della protesi nello spazio viene compromessa.

Al contrario, l’AMI ricollega i muscoli dell’arto moncone per replicare il prezioso feedback muscolare che una persona riceve dall’arto intatto.

Eric Rombukas, assistente professore di ingegneria meccanica presso l’Università di Washington, che non è stato coinvolto nello studio, ha affermato che lo studio “fa parte del movimento per le tecnologie protesiche di prossima generazione che affrontano la sensazione, non solo il movimento”.

La procedura AMI per l’amputazione sotto il ginocchio prende il nome Pietro Ewing Dopo Jim Ewing, la prima persona a sottoporsi all’intervento nel 2016.

I pazienti che hanno subito l’amputazione di Ewing hanno sperimentato meno atrofia muscolare nel moncone e meno dolore fantasma, ovvero la sensazione di disagio nell’arto che non c’è più.

I ricercatori hanno dotato tutti i partecipanti di nuove protesi costituite da una caviglia artificiale, un dispositivo che misura l’attività elettrica derivante dal movimento muscolare ed elettrodi posizionati sulla superficie della pelle.

Il cervello invia impulsi elettrici ai muscoli, facendoli contrarre. Le contrazioni producono propri segnali elettrici, che vengono rilevati dagli elettrodi e inviati a piccoli computer collegati alla protesi. I computer convertono quindi questi segnali elettrici in forza e movimento per la protesi.

La protesi le ha dato la capacità di puntare entrambi i piedi ed eseguire nuovamente passi di danza, ha detto Amy Pietravetta, una partecipante allo studio che ha subito un’amputazione Ewing dopo aver subito gravi ustioni.

“Poter avere quel tipo di flessibilità lo ha reso più realistico”, ha detto Pietrafitta. “Sembrava che fosse tutto lì.”

Grazie al miglioramento delle sensazioni muscolari, i partecipanti sottoposti a intervento chirurgico di Ewing sono stati in grado di utilizzare le loro protesi per camminare più velocemente e in modo più naturale rispetto a quelli sottoposti ad amputazioni tradizionali.

Quando una persona deve deviare dai normali schemi di camminata, di solito deve lavorare di più per spostarsi.

Matthew J. ha detto: “Il dispendio energetico… fa lavorare di più il nostro cuore e i nostri polmoni… e può portare alla progressiva distruzione delle articolazioni dell’anca o della parte inferiore della colonna vertebrale”, ha affermato il dottor Carty, chirurgo plastico ricostruttivo presso la Brigham University. Ospedale delle donne. E il primo medico a eseguire un’operazione AMI.

I pazienti sottoposti all’amputazione Ewing e alla nuova protesi sono stati anche in grado di percorrere facilmente rampe e scale. Regolarono dolcemente i piedi per spingersi su per le scale e assorbire lo shock mentre scendevano.

I ricercatori sperano che il nuovo arto protesico diventi disponibile in commercio entro i prossimi cinque anni.

“Stiamo iniziando a intravedere questo glorioso futuro in cui una persona può perdere una parte significativa del proprio corpo ed è disponibile la tecnologia per ricostruire quell’aspetto del proprio corpo fino alla piena funzionalità”, ha affermato Hare.