Bracci protesici high-tech danno a amputees la destrezza e il senso del tatto

Il tocco è una sensazione potente. Uno che ci collega al mondo che ci circonda, permettendoci di distinguere tra un gattino che sfrega contro il dorso della nostra mano e un chiodo affilato che spunta da un muro non finito.

Ma le sensazioni tattili sono più di un modo per identificare gli oggetti. Ci permettono di mettere a punto i movimenti dei nostri muscoli, poiché le informazioni sensoriali vengono trasmesse al cervello dai muscoli e dalla pelle. Queste informazioni aggiunte fanno la differenza tra cullare un'uva tra il pollice e il dito e fare un sacco di succo d'uva.

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Per gli amputati, il feedback sensoriale dai loro arti protesici è stato a lungo assente, anche se gli arti artificiali stessi si sono evoluti negli ultimi decenni in dispositivi robotici altamente sofisticati. Ma due gruppi di ricerca, il cui lavoro è pubblicato nell'8 ottobre di Science Translational Medicine, stanno tentando di dare a quelle arti artificiali una gamma completa di sensazioni.

"Il senso del tatto è uno dei modi in cui interagiamo con gli oggetti che ci circondano", ha affermato Dustin Tyler, professore associato di ingegneria biomedica presso la Case Western Reserve University e direttore di uno degli studi di ricerca, in un comunicato stampa. "Il nostro obiettivo non è solo quello di ripristinare la funzione, ma di costruire una riconnessione al mondo: questo è un ripristino cronico duraturo della sensazione su più punti attraverso la mano."

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Gli uomini sentono quasi 20 punti sugli arti protesici

Per fornire agli amputati il ​​senso di sentendosi nel loro arto artificiale, il gruppo di ricercatori guidati da Tyler impiantò i polsini degli elettrodi nell'avambraccio di un paziente maschio e del braccio superiore di un altro. Questi tipi di elettrodi avvolgono il fascio di nervi invece di penetrare nella membrana protettiva, che ha il potenziale di causare danni ai nervi a lungo termine.

I sensori sulle mani artificiali dei pazienti fornivano informazioni sulla quantità di pressione degli elettrodi, consentendo agli uomini di percepire fino a 19 punti distinti sui loro arti protesici.

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Un soggetto di studio tiene un pomodoro ciliegino. Foto per gentile concessione di Russell Lee.

Per generare sensazioni più complesse, come la differenza tra la carta vetrata e una superficie liscia, un computer ha convertito le informazioni dai sensori in vari segnali elettrici. Questi sono stati rilevati dai nervi periferici, che trasmettevano le informazioni sensoriali al cervello. Nel corso del tempo, i ricercatori sono stati in grado di mettere a punto i segnali quando i pazienti si sono sintonizzati con loro.

"In realtà il senso del tatto migliora", ha dichiarato Keith Vonderhuevel, di Sidney, Ohio, in un comunicato stampa. Ha perso la mano nel 2005 e ha fatto impiantare il sistema a gennaio 2013. "Cambiano le cose sul computer per cambiare la sensazione: una volta mi è sembrata che l'acqua mi attraversasse il palmo della mano."

A causa del bisogno perché un computer possa regolare le sensazioni tattili provenienti dai sensori, questo sistema funziona attualmente solo in laboratorio, ma i ricercatori si aspettano di sviluppare un sistema basato sulla casa entro cinque anni.

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L'impianto osseo fornisce una forza aggiuntiva

Il sistema sviluppato dall'altro gruppo di ricercatori, che ha sede in Svezia, genera input sensoriali dall'arto artificiale in un analogo modo. Tuttavia, i ricercatori sono stati anche in grado di collegare il braccio artificiale direttamente allo scheletro, in un processo chiamato osteointegrazione, piuttosto che utilizzare l'attacco con presa nelle protesi disponibili in commercio.

"Abbiamo utilizzato l'osteointegrazione per creare una fusione stabile a lungo termine tra uomo e macchina, in cui li abbiamo integrati a diversi livelli", ha affermato Max Ortiz Catalan, ricercatore presso l'Università della tecnologia di Chalmers a Gothenburg, in Svezia, e leader autore della pubblicazione, in un comunicato stampa. "Il braccio artificiale è direttamente collegato allo scheletro, fornendo così stabilità meccanica. "

Max Ortiz Catalan (a sinistra) e il professore associato Rickard Brånemark (a destra) con il primo paziente trattato con il sistema di impianto osteointegrato. Foto per gentile concessione del catalano.

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Inoltre, Catalan ei suoi colleghi hanno collegato il braccio protesico ai resti dei nervi e dei muscoli del braccio dell'amputato, fornendo sia un senso del tatto che la capacità di controllare l'arto artificiale.

Ciò gli ha permesso di mantenere il suo lavoro come autista di camion, usando il braccio protesico per compiti come l'uso di macchinari e lo svuotamento di casse di uova. Lo usa anche per legare i lacci sui pattini dei suoi figli.

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"La comunicazione affidabile tra la protesi e il corpo è stata l'anello mancante per l'implementazione clinica del controllo neurale e del feedback sensoriale, e questo è ora a posto", ha detto Catalan.

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Toccare approfondisce la connessione alla protesi

Un senso del tatto può fornire agli amputati un maggiore controllo del loro arto, specialmente la quantità di pressione applicata. Tuttavia, anche senza questa sensazione, le persone sono ancora in grado di controllare gli arti artificiali con una notevole quantità di destrezza, in gran parte a causa del feedback sensoriale proveniente dagli occhi e dai muscoli.

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Ma aggiungere la sensazione tattile a una protesi può portare benefici all'amputazione in altri modi. Uno di questi è la riduzione del dolore fantasma, l'intensa sensazione che l'arto è ancora attaccato, anche se non è più presente.I pazienti nei nuovi studi hanno riferito che il loro dolore fantasma diminuiva dopo aver iniziato a sentire con l'arto artificiale.

Un senso del tatto può anche aiutare le amputate ad integrarsi psicologicamente con la loro protesi, consentendo loro di vederlo non come uno strumento esterno, ma come parte del proprio corpo. Questo, a sua volta, potrebbe ridurre il numero di amputati che smettono di usare la protesi dopo un breve periodo e migliorare la qualità della loro vita quotidiana.

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L'immagine di anteprima è di un soggetto di studio che coglie un'uva da un grappolo. Foto per gentile concessione di Dale Omori.