«Pudimos demostrar el primer control neuronal completo de la marcha artificial», dijo Hyungyun Song, primer autor del estudio e investigador postdoctoral en el MIT.
La mayoría de las prótesis modernas dependen de comandos robóticos preprogramados en lugar de señales cerebrales del usuario. Las tecnologías robóticas avanzadas pueden detectar el entorno y activar repetidamente un movimiento predeterminado de las piernas para ayudar a una persona a navegar por este tipo de terreno.
Pero muchos de estos robots funcionan mejor en terrenos planos y tienen dificultades para superar obstáculos comunes como baches o charcos. La persona que lleva la prótesis a menudo no tiene voz en el ajuste de la prótesis una vez que se mueve, especialmente en respuesta a cambios repentinos en el terreno.
“Cuando camino siento como si alguien me estuviera paseando porque un algoritmo está enviando órdenes a un motor, y yo no soy eso”. A Hare le amputaron ambas piernas por debajo de la rodilla hace varios años debido a una congelación y utiliza prótesis robóticas avanzadas.
“Existe un creciente conjunto de pruebas [showing] «Cuando se conecta el cerebro a una prótesis mecatrónica, se produce una encarnación en la que el individuo ve la prótesis como una extensión natural de su cuerpo», añadió Hare.
Los autores trabajaron con 14 participantes del estudio, la mitad de los cuales recibieron amputaciones por debajo de la rodilla mediante un enfoque conocido como interfaz mioneural antagonista (IAM), mientras que la otra mitad se sometió a amputaciones tradicionales.
«Lo interesante de esto es cómo aprovecha la innovación quirúrgica junto con la innovación tecnológica», dijo Connor Walsh, profesor de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard, que se especializa en el desarrollo de robots de asistencia portátiles y no participó en el estudio.
La amputación AMI se desarrolló para abordar las limitaciones de la cirugía tradicional de amputación de piernas, que corta conexiones musculares importantes en el lugar de la amputación.
Los movimientos son posibles gracias a la forma en que los músculos trabajan en pares. Un músculo, conocido como músculo excitador, se contrae para mover una extremidad y otro músculo, conocido como músculo antagonista, se alarga en respuesta. Por ejemplo, durante un ejercicio de curl de bíceps, el bíceps es el músculo desencadenante porque se contrae para levantar el antebrazo, mientras que el tríceps es el antagonista porque se alarga para permitir el movimiento.
Cuando la amputación quirúrgica provoca la separación de pares de músculos, la capacidad del paciente para sentir las contracciones musculares después de la cirugía se ve afectada, y esto afecta negativamente su capacidad para detectar con precisión y precisión dónde está la prótesis en el espacio.
Por el contrario, el AMI reconecta los músculos del miembro residual para replicar la valiosa retroalimentación muscular que una persona recibe del miembro intacto.
El estudio es «parte de un movimiento a favor de tecnologías protésicas de próxima generación que aborden la sensación, no sólo el movimiento», dijo Eric Rombukas, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad de Washington que no participó en el estudio.
El procedimiento de IAM para la amputación por debajo de la rodilla lleva el nombre Peter Ewing Después de Jim Ewing, la primera persona en someterse al procedimiento, en 2016.
Los pacientes que han sufrido la amputación de Ewing han experimentado menos atrofia muscular en el miembro residual y menos dolor fantasma (la sensación de malestar en el miembro que ya no existe).
Los investigadores colocaron a todos los participantes nuevas prótesis que consistían en un tobillo artificial, un dispositivo que mide la actividad eléctrica a partir del movimiento muscular y electrodos colocados en la superficie de la piel.
El cerebro envía impulsos eléctricos a los músculos, provocando que se contraigan. Las contracciones producen sus propias señales eléctricas, que son detectadas por electrodos y enviadas a pequeñas computadoras conectadas a la prótesis. Luego, las computadoras convierten estas señales eléctricas en fuerza y movimiento para la prótesis.
La prótesis le dio la capacidad de apuntar ambos pies y realizar movimientos de baile nuevamente, dijo Amy Pietravita, participante del estudio que sufrió una amputación de Ewing después de sufrir quemaduras graves.
«Poder tener ese tipo de curvatura lo hizo más real y sentí como si todo estuviera allí», dijo Pietrafitta.
Gracias a la mejora de las sensaciones musculares, los participantes que se sometieron a la cirugía de amputación de Ewing pudieron usar sus prótesis para caminar más rápido y de una manera más natural que aquellos que se sometieron a una cirugía de amputación tradicional.
Cuando una persona tiene que desviarse de sus patrones normales de caminata, generalmente tiene que esforzarse más para desplazarse.
“Este gasto de energía… hace que nuestro corazón trabaje más y nuestros pulmones trabajen más… y puede conducir a la destrucción progresiva de las articulaciones de la cadera o la parte inferior de la columna.
Los pacientes que sufrieron la amputación de Ewing y la nueva prótesis también pudieron sortear fácilmente pendientes y escaleras. Pudieron ajustar suavemente sus pies para impulsarse escaleras arriba y absorber los impactos mientras descendían.
Los investigadores esperan que la nueva prótesis esté disponible comercialmente en los próximos cinco años.
«Estamos empezando a vislumbrar este futuro glorioso en el que una persona puede perder una parte importante de su cuerpo, y hay tecnología disponible para reconstruir ese aspecto de su cuerpo para que funcione plenamente», dijo Hare.
