Por primera vez, investigadores han demostrado el control simultáneo de dos de los brazos protésicos más avanzados del mundo mediante una interfaz cerebro-máquina, según un nuevo estudio.
El equipo también informa de que ha desarrollado estrategias para proporcionar retroalimentación sensorial a ambas manos al mismo tiempo mediante estimulación neuronal.
“Intentamos permitir que una persona con tetraplejia utilice una interfaz neuronal directa para controlar simultáneamente dos dispositivos de asistencia y, al mismo tiempo, sentir el tacto cuando los dispositivos entran en contacto con objetos del entorno”, afirma Brock Wester, ingeniero biomédico del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins e investigador principal del estudio.
“Tiene implicaciones significativas para restaurar capacidades en pacientes con lesiones altas de la médula espinal y enfermedades neuromusculares”, afirma. “Para todo lo que imaginamos que la gente necesita o quiere hacer para ser independiente—atarse los zapatos, atrapar y lanzar una pelota, poner pasta dental en el cepillo de dientes—, realmente necesitan dos manos trabajando juntas.”
‘Control en tiempo real’ de brazos protésicos
Estos avances son los últimos desarrollos del programa Revolutionizing Prosthetics (RP), que la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) lanzó en 2006 para mejorar rápidamente las tecnologías protésicas de extremidades superiores y ofrecer nuevos medios a los usuarios para manejarlas.
El objetivo original del programa RP, crear un brazo protésico neuralmente integrado con capacidades similares a las humanas, dio lugar al Modular Prosthetic Limb (MPL).
“A medida que integramos nuevas capacidades en el MPL, como sensores de yema de los dedos para medir fuerza, aceleración, deslizamiento y presión, empezamos a preguntarnos: ‘¿cuál es la mejor manera de devolver esta información a nuestros participantes del estudio para que puedan interactuar con el entorno tal como lo hacen las personas sin discapacidad?’”, afirma Francesco Tenore, director de proyecto de APL para el nuevo esfuerzo.
Además de desarrollar el MPL, los investigadores del programa han explorado el uso de señales neuronales para permitir el control “en tiempo real” de sistemas protésicos e inteligentes.
Los primeros estudios de control neuronal del programa con participantes en la Universidad de Pittsburgh y en el California Institute of Technology/Rancho Los Amigos se centraron en el control de una sola extremidad, lo que tres participantes lograron tras meses de entrenamiento. Este éxito puso de relieve las posibilidades de la neuroprótesis y sentó las bases para futuros estudios.
‘Estimulación’ de la sensación
En enero, en una cirugía sin precedentes, el equipo de Stan Anderson en Johns Hopkins implantó sensores de matriz de microelectrodos intracorticales en ambos lados del cerebro de un paciente, en las regiones que controlan el movimiento y la sensación táctil. Como parte de la cirugía, los investigadores de APL y el equipo de Crone desarrollaron por primera vez un método para identificar las mejores ubicaciones para colocar los electrodos mediante la cartografía en tiempo real de la actividad cerebral durante la cirugía.
El equipo de investigación completó varias evaluaciones de las señales neuronales captadas de las áreas motoras y sensoriales del cerebro, y ha estudiado lo que el paciente siente cuando se estimulan las áreas de la mano de su cerebro.
Los resultados de estos experimentos subrayan el potencial de los pacientes para percibir más información sobre la extremidad protésica o el entorno con el que interactúan.
Con estas pruebas y la cirugía exitosa, el equipo ya ha acumulado varios “primeros” en el campo de las interfaces cerebro-máquina.
“Por primera vez, nuestro equipo ha logrado demostrar la capacidad de una persona para ‘sentir’ la estimulación cerebral aplicada a ambos lados del cerebro al mismo tiempo”, afirma Matthew Fifer, líder técnico del proyecto. “Mostramos cómo la estimulación de las áreas de los dedos izquierdo y derecho del cerebro podía controlarse con éxito mediante el contacto físico con los dedos del MPL.”
Este estudio se beneficia del primer implante bilateral humano del mundo para registro y estimulación, que incluye 96 electrodos capaces de administrar una estimulación neuronal muy focalizada en las áreas de los dedos del cerebro.
“En última instancia, dado que este es el primer implante bilateral del mundo, queremos poder ejecutar movimientos que requieren ambos brazos y permitir que el usuario perciba las interacciones con el entorno como si provinieran de sus propias manos”, afirma Tenore.
“Nuestro equipo seguirá entrenando con nuestro participante para desarrollar capacidades motoras y sensoriales, así como para explorar el potencial de control de otros dispositivos que podrían utilizarse para ampliar las capacidades personales o profesionales de un usuario.”
“Estos avances son componentes críticos necesarios para las futuras tecnologías de interfaz cerebro-máquina, relevantes para la lesión medular, el ictus, la enfermedad de Lou Gehrig, entre otras, todas orientadas a restaurar las funciones humanas”, afirma Adam Cohen, director del programa de Tecnologías Sanitarias en el Área de Misión Nacional de Salud de APL.
