Un hombre manco 'pela' cerezas gracias a una mano biónica

Un nuevo tipo de interfaz nerviosa permite al
usuario, Igor Spetic, tener una sensación de tacto
en 20 puntos de su mano artificial.

La conexión entre 20 puntos del dispositivo y el sistema nervioso del usuario simulan sensaciones del tacto de bolitas de algodón, lijas y cabellos, entre otras 

En los últimos años se han producido notables avances en las prótesis de extremidades, entre ellos la modificación del "cableado" de las fibras nerviosas para que controlen sofisticados brazos mecánicos (ver "Un brazo protésico como los de verdad"), e interfaces cerebrales que permiten un complejo control mental (ver "Un chip cerebral ayuda a personas tetrapléjicas a mover un brazo robótico"). Pero, a pesar de todos estos progresos, las extremidades artificiales aún no pueden devolver información sensorial a su usuario, dificultando tareas como coger objetos sin aplastarlos o que se escapen.

Ahora, investigadores del Centro Médico para Veteranos de Cleveland y la Universidad Case Western Reserve (ambos en EEUU), han desarrollado un nuevo tipo de interfaz capaz de transmitir una sensación de tacto desde 20 puntos en una mano artificial. Para ello estimula directamente los haces nerviosos del sistema periférico en los brazos de los pacientes (por el momento, sólo se ha colocado la interfaz en dos de ellos). Además, los implantes siguen funcionando pasados 18 meses, un hito destacable dado que el rendimiento de las interfaces eléctricas con tejido nervioso suele empeorar con el tiempo.

Un vídeo producido hace varias semanas muestra a un hombre de Ohio de 48 años que perdió su mano derecha en un accidente usando su mano artificial para coger y quitar los rabos de las cerezas sin aplastarlas. Algo posible gracias a la nueva tecnología, que permite que los detectores de fuerza en los dedos de su mano artificial transmitan información de tacto directamente a tres interfaces nerviosas del tamaño de un guisante implantadas quirúrgicamente en la parte inferior de su brazo derecho. El paciente controla la mano mediante una tecnología estándar conocida como interfaz mioeléctrica, que usa señales de los músculos en su brazo inferior para manejar los movimientos de la mano artificial.

Este trabajo abre la posibilidad de que las extremidades artificiales puedan proporcionar unfeedback duradero y detallado a los humanos, según el profesor de la Universidad Case Western que está detrás del proyecto, Dustin Tyler.

Un profesor de neurociencia de la Universidad Northwestern que no ha participado en la investigación, Lee Miller, afirma que el logro parece importante. El profesor afirma: "Es la mayor cantidad de sensaciones de tacto diferenciadas generadas por estimulación de nervios periféricos que conozca, y una estabilidad de 18 meses tampoco ha sido superada". Tyler confirma que se está preparando un artículo sobre el trabajo.

El corazón de la tecnología es una versión a medida de una interfaz que se conoce como electrodo de esposas. Tres haces de nervios en el brazo (radial, mediano y ulnar), se sujetan con unas diminutas esposas de siete milímetros, que los aplanan cuidadosamente, colocando los haces que normalmente son redondos en una configuración más rectangular para maximizar la superficie.

Después, un total de 20 electrodos en las tres esposas transmiten señales eléctricas a las fibras nerviosas llamadas axones desde fuera de una funda protectora de células vivas que rodea a esas fibras nerviosas. Este método difiere de otras tecnologías experimentales, que atraviesan la funda para tocar directamente los axones. Se cree que las interfaces que penetran en la funda ofrecen una resolución mayor, al menos de entrada, pero tienen un riesgo potencial mayor de degradarse o dañar a los nervios a largo plazo, por lo que no se han probado por periodos superiores a unas pocas semanas.

El sujeto que coge la cereza en la prueba es Igor Spetic, de Madison, Ohio (EEUU). Perdió la mano en su trabajo cuando se la aplastó un martillo neumático mientras hacía una pieza de aluminio para un reactor. Ahora tiene dos arneses que sobresalen de un puerto en su brazo superior. En el laboratorio, Tyler conecta esos arneses con un dispositivo que genera las señales eléctricas que se envían a las esposas. Este dispositivo a su vez, recibe información de sensores en su mano artificial.

Por el momento sólo ha sentido este feedback sensorial en el laboratorio, pero Spetic se muestra asombrado ante su prueba: "Es muy emocionante ver lo que están haciendo, y espero que sirva para ayudar a otras personas". El voluntario continúa: "Sé que la ciencia es a largo plazo. Aunque yo no consiga algo para llevarme a casa, si el siguiente que venga sí, eso que habremos ganado".

Los investigadores colocan los implantes cuidadosamente para decidir si Spetic percibe fuerzas en su extremidad fantasma. Una vez instalado, Spetic puede detectar sensaciones en varios dedos y en el dorso y el lado de su mano fantasma, correspondiendo con la información enviada por la prótesis. Una vez colocado el implante, las sensaciones siempre parecen surgir en los mismos puntos y no van cambiando, explica Spetic.

Tyler puede afinar las señales eléctricas que se envían a las esposas para producir toda una variedad de sensaciones. Spetic explica que a veces parece que está tocando un cojinete, otras veces cree que está rozando bolitas de algodón, una lija o pelo.

Tyler sostiene que las sensaciones de las que habla Spetic son más naturales y útiles que las vibraciones difusas que producían anteriores tecnologías experimentales. Esto significa que se podría personalizar una sensación para que el paciente sienta que está tocando la punta de un boli, por ejemplo. Otros grupos y compañías están trabajando para crear mejores detectores de fuerza que acoplar a las prótesis de mano y generar señales con ese grado de sutileza.

"La investigación es auténticamente de vanguardia, y de las primeras en el mundo en términos de proporcionar feedback sensorial directo a los amputados", afirma el director del Instituto de Nanociencia para Tecnología Médica y de Ingeniería de la Universidad de Florida (EEUU), Jack Judy. Recientemente Judy ha sido gestor de proyectos para la Agencia de Proyectos Avanzados de Defensa, donde llevó un programa que buscaba mejorar el rendimiento y la fiabilidad de las interfaces neurales empleadas para controlar las prótesis de soldados amputados. Al menos 1.715 soldados han sufrido amputaciones en las guerras de Irak y Afganistán.

Otras tecnologías existentes proporcionan inputs sensoriales directamente a los nervios. Los implantes cocleares, por ejemplo, estimulan el nervio auditivo para recuperar el oído, y las tecnologías para estimular el nervio vago -que va desde el bulbo raquídeo hasta el pecho y el abdomen- se pueden usar para tratar la epilepsia e incluso la depresión. Sin embargo, "cuando se trata de estimular nervios para dar una sensación eficaz del tacto en humanos, ha habido muchísimos menos progresos", afirma Judy. (by MIT)

Hay otras formas de abordar el feedback sensorial, entre ellas, proyectos que lo hacen directamente a través de implantes cerebrales (ver "Dotando a las prótesis de sentido del tacto"). Pero se cree que los implantes cerebrales tardarán más en llegar debido a las cuestiones de seguridad inherentes a abrir el cráneo. El trabajo de Case Western está en un ensayo para ver si es factible usarlo en un programa piloto, y Tyler explica que si todo sale bien podría haber un dispositivo en el mercado de aquí a 5 ó 10 años.