Al caminar, las personas con las piernas intactas sienten cuando mueven la rodilla o cuando los pies tocan el suelo. El sistema nervioso recurre constantemente a la retroalimentación sensorial de este tipo para controlar con precisión los músculos. Sin embargo, las personas que usan una prótesis de pierna no saben con precisión dónde se encuentra la prótesis, cómo se mueve o en qué tipo de terreno se encuentra. A menudo no pueden confiar completamente en su prótesis cuando caminan, lo que les lleva a depender con demasiada frecuencia de su pierna intacta, lo que a su vez reduce su movilidad y hace que se cansen rápidamente. Un simple paseo sobre guijarros o arena, por ejemplo, puede resultar muy agotador para las personas que usan una prótesis. Además, las personas con amputaciones pueden experimentar dolor de miembro fantasma, una condición que los medicamentos existentes a menudo no pueden tratar. Savo Panic, quien experimenta este fenómeno, dice que se despierta por la noche debido al dolor fantasma: "El dedo que no tengo me duele. Mi dedo gordo, pie, talón, tobillo, pantorrilla, todos me duelen, y yo ni siquiera los tengo”.
Un equipo internacional de investigadores liderado por ETH Zurich y la empresa de nueva creación con sede en Lausana Sen-sArs han desarrollado una interfaz para conectar una prótesis de pierna con los nervios residuales presentes en el muslo del usuario, proporcionando así retroalimentación sensorial, es decir, facilitar que los amputados se muevan dejándoles "sentir" las superficies nuevamente.
En un estudio realizado en colaboración con las Universidades de Belgrado y Friburgo, los científicos probaron este sistema de neuroretroalimentación con dos voluntarios que tienen una amputación de pierna por encima de la rodilla y usan una prótesis de pierna (uno de ellos es Savo Panic). La prótesis intenta replicar el circuito de retroalimentación del sistema nervioso.
La solución benefició a los amputados de varias maneras, como informaron los investigadores en el último número de la revista Nature Medicine. "Este estudio de prueba de concepto muestra lo beneficioso que es para la salud de los amputados de piernas tener una prótesis que funcione con implantes neurales para restaurar la retroalimentación sensorial", dice Stanisa Raspopovic, profesora del Instituto de Robótica y Sistemas Inteligentes en ETH Zurich.
El objetivo es transformar las señales artificiales en naturales. Para proporcionar información sensorial al sistema nervioso, los científicos comenzaron con una prótesis de alta tecnología disponible comercialmente: conectaron sensores táctiles a la planta del pie protésico y recopilaron los datos sobre el movimiento de la rodilla proporcionados por la articulación electrónica de la prótesis.
Durante los tres meses que duró el experimento, los cirujanos colocaron pequeños electrodos en el muslo de cada voluntario y los conectaron a los nervios residuales de las piernas. "El objetivo de la cirugía era introducir electrodos en los lugares correctos dentro del nervio para permitir la restauración de la retroalimentación sensorial real y para permitir la estabilidad de los electrodos", dijo Marko Bumbasirevic, profesor y microcirujano ortopédico en el Centro Clínico de Serbia en Belgrado, quien fue el clínico responsable del implante del electrodo. Los electrodos fueron desarrollados por científicos de la Universidad de Friburgo, y la prótesis vino de la compañía de prótesis Össur; ambos participaron activamente en el proyecto.
El equipo de investigación desarrolló algoritmos para traducir la información de los sensores táctiles y de movimiento en impulsos de corriente, el lenguaje del sistema nervioso, que fueron entregados al nervio residual. Entonces la naturaleza hace el resto: las señales de los nervios residuales se transmiten al cerebro de la persona, que puede detectar la prótesis y ayuda al usuario a ajustar su marcha en consecuencia. La máquina y el cuerpo finalmente están conectados.
Un segundo objetivo cumplido fue caminar con menor esfuerzo. Como parte del estudio, los voluntarios se sometieron a una serie de pruebas, alternando ensayos con y sin neuroretroalimentación. Los resultados dejaron muy claro cuán ventajosa fue la retroalimentación: caminar con neuroretroalimentación era físicamente mucho menos exigente, como lo demuestra la reducción significativa en el consumo de oxígeno de los voluntarios mientras caminan.
También mentalmente, la deambulación con neuroretroalimentación fue menos extenuante, como lo demostraron los investigadores con las mediciones de actividad cerebral durante los ensayos. Los voluntarios no tenían que concentrarse tanto en su andar, lo que significaba que podían dedicar más atención a otras tareas.
En una prueba difícil, los voluntarios tuvieron que caminar sobre la arena, y nuevamente los comentarios les permitieron caminar considerablemente más rápido. En las encuestas, los voluntarios declararon que la neuroretroalimentación aumentó en gran medida su confianza en la prótesis.
Por otra parte, se logró un tercer objetivo, reducir el dolor de los miembros fantasmas. La interfaz con el sistema nervioso también se puede utilizar para estimular los nervios independientemente de la prótesis. Antes de comenzar el ensayo, ambos voluntarios se quejaron de dolor en la extremidad fantasma. En el transcurso de un programa de terapia de un mes con neuroestimulación, los científicos lograron reducir considerablemente este dolor en uno de los voluntarios. En el otro, Panic, el dolor desapareció por completo. "Desde que comencé este programa de tratamiento, después de haber recibido estimulaciones eléctricas, no siento ningún dolor fantasma", dice.
Los científicos ven estos resultados de manera optimista. Sin embargo, señalan la necesidad de una investigación más larga con evaluaciones en el hogar y un mayor número de voluntarios, a fin de proporcionar datos más sólidos que puedan utilizar para sacar conclusiones más significativas. Para el estudio clínico de tiempo limitado, las señales de la prótesis se enviaron a través de cables a través de la piel hasta los electrodos en el muslo. Esto significaba que los voluntarios tenían que someterse a exámenes médicos regulares. Para eliminar esta necesidad, los científicos tienen la intención de desarrollar un sistema totalmente implantable. "En SensArs, estamos planeando desarrollar un dispositivo de neuroestimulación inalámbrico que pueda implantarse completamente en el paciente como un marcapasos, y que pueda llevarse al mercado", dice Francesco Petrini, CEO de SensArs.
Fuentes:
Science Daily http://bit.ly/2mc9PQ9
Technology Review http://bit.ly/2lLEWSA
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