Primer brazo biónico que restaura los comportamientos naturales en pacientes con amputaciones de miembros superiores

Pie de foto: El brazo protésico avanzado siente la sensación de movimiento de agarre, se toca con las yemas de los dedos y se controla intuitivamente con el pensamiento. 

• El novedoso sistema combina el control motor intuitivo con el tacto y la sensación de movimiento de la mano.

Jueves 23 de septiembre 2021. Investigadores de Cleveland Clinic, uno de los hospitales más importantes de Norteamérica, diseñaron un brazo biónico único en su tipo para pacientes con amputaciones de miembro superior, el cual permite a los usuarios, pensar, comportarse y funcionar como una persona sin amputación, según los nuevos hallazgos publicados en Science Robotics (revista científica publicada por la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia). 

El equipo de investigación internacional dirigido por Cleveland Clinic desarrolló el sistema biónico que combina tres funciones importantes: control motor intuitivo, cinestesia táctil y de agarre, y sensación intuitiva de abrir y cerrar la mano. Las academias que colaboraron con la investigación fueron: la Universidad de Alberta y la Universidad de New Brunswick en los Estados Unidos.

“Modificamos una prótesis estándar de atención con este complejo sistema biónico que permite a los usuarios mover su brazo protésico de manera más intuitiva y sentir sensaciones de tacto y movimiento al mismo tiempo”, dijo el investigador principal PhD., Paul Marasco, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Biomédica del Instituto de Investigación Lerner de Cleveland Clinic. "Estos hallazgos son un paso importante, para brindarles a las personas con amputación la restauración completa de la función natural del brazo", agregó.

Sistema biónico

Este sistema biónico es el primero en probar a la vez las tres funciones sensoriales y motoras en una interfaz neuronal-máquina, en un brazo protésico. La interfaz neuronal-máquina se conecta con los nervios de las extremidades del usuario. Esto permite a los pacientes enviar impulsos nerviosos desde su cerebro a la prótesis cuando quieren usarla o moverla; recibir información física del entorno y transmitirla a su cerebro a través de los nervios. 

“La retroalimentación y el control bidireccional del brazo artificial permitieron a los participantes del estudio realizar tareas con un grado de precisión similar al de las personas no discapacitadas. Con la nueva rama biónica, las personas se comportaron como si tuvieran una mano natural”, señala el Dr. Marasco quien dirige el Laboratorio de Integración Biónica. También, señala que normalmente estos comportamientos cerebrales son muy diferentes entre las personas con y sin prótesis de miembros superiores.

Los investigadores también probaron su nueva extremidad biónica en dos participantes del estudio con amputaciones de extremidades superiores que previamente se habían sometido a un restablecimiento de la función nerviosa en la parte que se ha perdido, a este procedimiento también se lo conoce como: reinervación. El restablecimiento motora y sensorial dirigido a pacientes con amputaciones en los brazos, son procedimientos que establecen una interfaz neural-máquina al redirigir los nervios amputados a la piel y los músculos restantes.

En el restablecimiento sensorial dirigido, se toca a la piel con pequeños robots, los cuales activan los receptores sensoriales que permiten a los pacientes percibir la sensación del tacto. En el restablecimiento motora dirigida, cuando los pacientes piensan en mover sus extremidades, los músculos reinervados se comunican con una prótesis computarizada para moverse de la misma manera. Además, los robots pequeños y potentes hacen vibrar los receptores sensoriales cinestésicos en los mismos músculos que ayudan a los usuarios de prótesis asentir que su mano y brazo se están moviendo.

“Mientras los participantes del estudio usaban la prótesis avanzada, realizaron tareas que reflejan comportamientos básicos y cotidianos que requieren funcionalidad de manos y brazos. Debido a que las personas con prótesis tradicionales no pueden sentir con sus extremidades estas suelen comportarse de manera diferente a las personas sin una amputación mientras realizan tareas cotidianas. Por ejemplo, los usuarios de prótesis tradicionales deben vigilar constantemente su prótesis mientras la utilizan y suelen tener problemas para aprender y corregir los errores cuando aplican demasiada o poca fuerza con la mano”, señala el Dr. Marasco.

Resultados

Con el nuevo brazo artificial y las herramientas de evaluación, los investigadores pudieron ver que el cerebro y las estrategias de comportamiento de los participantes del estudio cambiaron para coincidir con los de una persona sin amputación. De hecho, los participantes no necesitaban mirar su prótesis, puesto que pueden encontrar cosas sin mirar y pueden corregir sus errores de manera más efectiva.

“Durante la última década o dos, los avances en prótesis han ayudado a los usuarios a lograr una mejor funcionalidad y manejar la vida diaria por sí mismos. Por primera vez, las personas con amputaciones de miembros superiores pueden volver a 'pensar' como una persona sin discapacidad. Ofreciendo a   los usuarios de prótesis nuevos niveles de reintegración sin problemas en la vida diaria", enfatizó el Dr. Marasco. 

Más allá de este estudio, las nuevas mediciones de resultados relacionadas con el comportamiento y la funcionalidad del cerebro que el equipo internacional desarrolló para evaluar el sistema biónico se pueden aplicar a cualquier prótesis o déficit de miembro superior que involucre sensación y movimiento

Acerca de Clínica Cleveland

Cleveland Clinic , ahora en su centenario, es un centro médico académico multiespecializado sin fines de lucro que integra la atención clínica y hospitalaria con la investigación y la educación. Ubicado en Cleveland, Ohio, fue fundado en 1921 por cuatro médicos de renombre con la visión de brindar una atención excepcional al paciente basada en los principios de cooperación, compasión e innovación. Cleveland Clinic ha sido pionera en muchos avances médicos , incluida la cirugía de revascularización coronaria y el primer trasplante de cara en los Estados Unidos. US News & World Report designa constantemente a Cleveland Clinic como uno de los mejores hospitales del país en su encuesta anual "Los mejores hospitales de Estados Unidos". Entre los 70,800 empleados de Cleveland Clinic en todo el mundo hay más de 4,660 médicos e investigadores asalariados, y 18,500 enfermeras registradas y proveedores de práctica avanzada, que representan 140 especialidades y subespecialidades médicas. Cleveland Clinic es un sistema de salud de 6.500 camas que incluye un campus principal de 173 acres cerca del centro de Cleveland, 19 hospitales, más de 220 instalaciones para pacientes ambulatorios y ubicaciones en el sureste de Florida; Las Vegas, Nevada; Toronto Canada; Abu Dhabi, Emiratos Árabes Unidos; y Londres, Inglaterra. En 2020, hubo un total de 8.7 millones de visitas ambulatorias, 273,000 admisiones y observaciones hospitalarias y 217,000 casos quirúrgicos en todo el sistema de salud de Cleveland Clinic. Los pacientes vinieron para recibir tratamiento de todos los estados y de 185 países. Visítenos en clevelandclinic.org . Síganos en twitter.com / ClevelandClinic . Noticias y recursos disponibles en newsroom.clevelandclinic.org .