Le protesi del braccio controllate dalla mente che "sentono" fanno ora parte della vita di tutti i giorni

Le protesi del braccio controllate dalla mente che "sentono" fanno ora parte della vita di tutti i giorni

Le protesi del braccio controllate dalla mente che "sentono" fanno ora parte della vita di tutti i giorni

Per la prima volta, le persone con amputazione del braccio possono provare sensazioni di tocco in una protesi del braccio controllata dalla mente che usano nella vita di tutti i giorni. Uno studio sul Journal of Medicine del New England riporta tre pazienti svedesi che hanno vissuto, per diversi anni, con questa nuova tecnologia, una delle interfacce più integrate al mondo tra uomo e macchina.

L'avanzata è unica: i pazienti hanno usato una protesi controllata dalla mente nella loro vita quotidiana per un massimo di sette anni. Negli ultimi anni hanno anche vissuto con una nuova funzione: le sensazioni del tatto nella mano protesica. Questo è un nuovo concetto di arti artificiali, chiamati protesi neuromuscoloscheletriche, in quanto collegati ai nervi, ai muscoli e allo scheletro dell'utente.

La ricerca è stata condotta da Max Ortiz Catalan, professore associato presso la Chalmers University of Technology, in collaborazione con l'ospedale universitario Sahlgrenska, l'Università di Göteborg e Integrum AB, tutti a Göteborg, in Svezia. Sono stati coinvolti anche ricercatori dell'Università medica di Vienna in Austria e del Massachusetts Institute of Technology negli Stati Uniti.

"Il nostro studio mostra che una mano protesica, attaccata all'osso e controllata da elettrodi impiantati nei nervi e nei muscoli, può operare in modo molto più preciso rispetto alle mani protesiche convenzionali. Abbiamo ulteriormente migliorato l'uso della protesi integrando il feedback tattile tattile che i pazienti usano mediare quanto sia difficile afferrare o schiacciare un oggetto. Nel tempo, la capacità dei pazienti di discernere piccoli cambiamenti nell'intensità delle sensazioni è migliorata ", afferma Max Ortiz Catalan.

"Il contributo più importante di questo studio è stato quello di dimostrare che questo nuovo tipo di protesi è un sostituto clinicamente praticabile per un braccio perduto. Indipendentemente da quanto sofisticata diventa un'interfaccia neurale, può solo offrire un reale beneficio ai pazienti se la connessione tra il paziente e la protesi è sicura e affidabile a lungo termine. I nostri risultati sono il prodotto di molti anni di lavoro, e ora possiamo finalmente presentare la prima protesi del braccio bionico che può essere controllata in modo affidabile con elettrodi impiantati, trasmettendo allo stesso tempo sensazioni all'utente nella vita di tutti i giorni ", continua Max Ortiz catalano.

Da quando hanno ricevuto le loro protesi, i pazienti le hanno utilizzate quotidianamente in tutte le loro attività professionali e personali.

Il nuovo concetto di protesi neuromuscoloscheletrica è unico in quanto offre diverse caratteristiche che non sono state presentate insieme in nessun'altra tecnologia protesica al mondo:

  • Ha una connessione diretta con i nervi, i muscoli e lo scheletro di una persona.
  • È controllato dalla mente e offre sensazioni che sono percepite dall'utente come derivanti dalla mano mancante.
  • È autonomo; tutta l'elettronica necessaria è contenuta all'interno della protesi, quindi i pazienti non devono trasportare apparecchiature o batterie aggiuntive.
  • È sicuro e stabile a lungo termine; la tecnologia è stata utilizzata senza interruzione dai pazienti durante le loro attività quotidiane, senza la supervisione dei ricercatori, e non è limitata ad ambienti confinati o controllati.

La parte più recente della tecnologia, la sensazione del tatto, è possibile attraverso la stimolazione dei nervi che prima erano collegati alla mano biologica prima dell'amputazione. I sensori di forza situati nel pollice della protesi misurano il contatto e la pressione applicata a un oggetto mentre vengono afferrati. Questa informazione viene trasmessa ai nervi dei pazienti che portano al loro cervello. I pazienti possono quindi sentire quando toccano un oggetto, le sue caratteristiche e la forza con cui lo premono, il che è cruciale per imitare una mano biologica.

"Attualmente, i sensori non sono l'ostacolo per ripristinare la sensazione", afferma Max Ortiz Catalan. "La sfida è creare interfacce neurali in grado di trasmettere senza soluzione di continuità grandi quantità di informazioni raccolte artificialmente al sistema nervoso, in modo tale che l'utente possa provare sensazioni in modo naturale e senza sforzo."

L'impianto di questa nuova tecnologia ha avuto luogo presso l'ospedale universitario di Sahlgrenska, guidato dal professor Rickard Brånemark e dal dottor Paolo Sassu. Oltre un milione di persone in tutto il mondo soffrono di perdita degli arti e l'obiettivo finale del team di ricerca, in collaborazione con Integrum AB, è quello di sviluppare un prodotto ampiamente disponibile adatto a quante più persone possibile.

"In questo momento, i pazienti in Svezia stanno partecipando alla validazione clinica di questa nuova tecnologia protesica per l'amputazione del braccio", afferma Max Ortiz Catalan. "Prevediamo che questo sistema diventerà disponibile al di fuori della Svezia entro un paio d'anni e stiamo anche facendo notevoli progressi con una tecnologia simile per le protesi delle gambe, che prevediamo di impiantare in un primo paziente entro la fine dell'anno".

Ulteriori informazioni su: come funziona la tecnologia

Il sistema implantare per protesi del braccio si chiama e-OPRA e si basa sul sistema implantare OPRA creato da Integrum AB. Il sistema implantare fissa la protesi allo scheletro nel moncone dell'arto amputato, attraverso un processo chiamato osteointegrazione (osseo = osso). Gli elettrodi vengono impiantati nei muscoli e nei nervi all'interno del moncone di amputazione e il sistema e-OPRA invia segnali in entrambe le direzioni tra la protesi e il cervello, proprio come in un braccio biologico.

La protesi è controllata dalla mente, attraverso i segnali elettrici dei muscoli e dei nervi inviati attraverso il moncone del braccio e catturati dagli elettrodi. I segnali vengono passati all'impianto, che passa attraverso la pelle e si collega alla protesi. I segnali vengono quindi interpretati da un sistema di controllo incorporato sviluppato dai ricercatori. Il sistema di controllo è abbastanza piccolo da adattarsi all'interno della protesi ed elabora i segnali utilizzando sofisticati algoritmi di intelligenza artificiale, ottenendo segnali di controllo per i movimenti della mano protesica.

Le sensazioni tattili derivano dai sensori di forza nel pollice protesico. I segnali dai sensori vengono convertiti dal sistema di controllo nella protesi in segnali elettrici che vengono inviati per stimolare un nervo nel moncone del braccio. Il nervo conduce al cervello, che quindi percepisce i livelli di pressione contro la mano.

L'impianto neuromuscoloscheletrico può connettersi a qualsiasi protesi del braccio disponibile in commercio, consentendo loro di operare in modo più efficace.

Altre informazioni: come viene vissuta la sensazione artificiale

>Le persone che perdono un braccio o una gamba sperimentano spesso sensazioni fantasma, come se la parte del corpo mancante rimanesse anche se non fisicamente presente. Quando i sensori di forza nel pollice protesico reagiscono, i pazienti nello studio sentono che la sensazione proviene dalla loro mano fantasma. Esattamente dove sulla mano fantasma varia tra i pazienti, a seconda di quali nervi nel moncone ricevono i segnali. Il livello più basso di pressione può essere paragonato a toccare la pelle con la punta di una matita. All'aumentare della pressione, la sensazione diventa più forte e sempre più "elettrica".

Altro su: La ricerca

L'attuale studio si è occupato di pazienti con amputazione sopra il gomito e questa tecnologia sta per diventare un prodotto finito. Il team di ricerca sta lavorando in parallelo con un nuovo sistema di amputazione sotto il gomito. In questi casi, invece di un grande osso (omero), ci sono due ossa più piccole (raggio e ulna) a cui deve essere ancorato l'impianto. Il gruppo sta inoltre lavorando all'adattamento del sistema per le protesi delle gambe.

Oltre alle applicazioni nell'ambito delle protesi, l'interfaccia permanente tra uomo e macchina offre opportunità completamente nuove per la ricerca scientifica su come funzionano i sistemi muscolare e nervoso umano.

Il professore associato Max Ortiz Catalan dirige il laboratorio di biomedicina e neuroriabilitazione presso l'Università tecnologica di Chalmers e sta attualmente creando il nuovo Centro per la ricerca sulla bionda e il dolore presso l'ospedale universitario di Sahlgrenska, in stretta collaborazione con Chalmers e l'Università di Göteborg, dove questo lavoro sarà ulteriormente sviluppato e implementato clinicamente.

La ricerca è stata finanziata dalla Fondazione Promobilia, dalla Fondazione di ricerca IngaBritt e Arne Lundbergs, dalla regione Västra Götaland (sovvenzioni ALF), da Vinnova, dal Consiglio svedese per la ricerca e dal Consiglio europeo della ricerca.


Fonte:

Chalmers University of Technology

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Riferiment:

  1. Max Ortiz-catalano, Enzo Mastinu, Paolo Sassu, Oskar Aszmann, Rickard Brånemark. Protesi neuromuscoloscheletriche autosufficienti . New England Journal of Medicine , 2020; 382 (18): 1732 DOI: 10.1056 / NEJMoa1917537