El miembro biónico restaura los comportamientos naturales en pacientes con amputaciones de miembros superiores

El equipo de investigación internacional liderado por la Clínica Cleveland ha desarrollado el sistema biónico que combina tres funciones importantes: control motor intuitivo, cinestesia de tacto y agarre, sensación intuitiva de abrir y cerrar la mano. Los colaboradores incluyeron la Universidad de Alberta y la Universidad de New Brunswick.

«Hemos modificado una prótesis estándar con este complejo sistema biónico que permite al usuario mover el brazo protésico de manera más intuitiva y experimentar sensaciones de tacto y movimiento al mismo tiempo», dijo el investigador principal Paul Marasco, Ph.D., profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Biomédica del Instituto de Investigación Lerner de la Clínica Cleveland. «Estos hallazgos son un paso importante para brindarles a las personas con amputaciones la restauración completa de la función natural del brazo».

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

La retroalimentación bidireccional y el control del brazo artificial permitieron a los participantes del estudio realizar tareas con un grado de precisión similar al de las personas sin discapacidad.

«Quizás lo que más nos entusiasmó saber es que hicieron juicios, decisiones y calcularon y corrigieron sus errores como una persona sin amputación», dijo el Dr. Marasco, quien dirige el Laboratorio de Integración Biónica. «Con la nueva extremidad biónica, las personas se comportaron como si tuvieran una mano natural. Normalmente, estos comportamientos cerebrales son muy diferentes entre personas con y sin prótesis de extremidades superiores». El Dr. Marasco también tiene una cita en el Centro de Epilepsia Charles Shor de Cleveland Clinic y en el Centro de Tecnología de Plataforma Avanzada del Centro Médico de VA de Cleveland.

Los investigadores probaron su nueva extremidad biónica en dos participantes del estudio con amputaciones de extremidades superiores que se habían sometido previamente a procedimientos de reinervación motora y sensorial dirigidos que establecen una interfaz neural-máquina al redirigir los nervios amputados a la piel y los músculos restantes. Debido al pequeño tamaño del estudio, será importante realizar más investigaciones.

En la reinervación sensorial dirigida, tocar la piel con pequeños robots activa los receptores sensoriales que permiten a los pacientes percibir la sensación del tacto. En la reinervación motora dirigida, cuando los pacientes creen que están moviendo sus extremidades, los músculos reinervados se comunican con una prótesis computarizada para moverse de la misma manera. Además, pequeños y poderosos robots hacen vibrar los receptores sensoriales cinestésicos en esos mismos músculos que ayudan a los usuarios de prótesis a sentir que sus manos y brazos se mueven.

Mientras usaban la prótesis avanzada, los participantes realizaron actividades que reflejaban comportamientos cotidianos básicos que requieren la función de la mano y el brazo. Con sus herramientas de evaluación avanzadas recientemente desarrolladas, los investigadores evaluaron cómo el rendimiento con la extremidad biónica en comparación con el de las personas sin discapacidades y las personas con amputaciones que tienen dispositivos protésicos tradicionales. También compararon cómo les fue a las personas con la prótesis avanzada cuando las tres modalidades sensoriales y motoras se habilitaron juntas versus individualmente.

Según el Dr. Marasco, debido a que las personas con prótesis tradicionales no pueden oír con las extremidades, se comportan de manera diferente a las personas sin amputaciones al completar tareas de la vida diaria. Por ejemplo, los usuarios de prótesis tradicionales tienen que vigilar constantemente su prótesis mientras la utilizan y tienen dificultades para aprender a corregir los errores al aplicar demasiada o muy poca fuerza con la mano.

Con el nuevo brazo artificial y las herramientas de evaluación avanzadas, los investigadores pudieron ver que los cerebros y las estrategias de comportamiento de los participantes del estudio cambiaron para coincidir con los de una persona sin amputación. Ya no necesitaban mirar sus prótesis, podían encontrar cosas sin mirar y podían 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 función y manejar la vida diaria por sí mismos», dijo el Dr. Marasco. «Por primera vez, las personas con amputaciones de miembros superiores ahora pueden ‘pensar’ como una persona capacitada nuevamente, lo que ofrece a los usuarios de prótesis nuevos niveles de reintegración sin problemas a la vida diaria».

Además de este estudio, las nuevas mediciones de resultados de función y comportamiento cerebral que el equipo internacional desarrolló para evaluar el sistema biónico se pueden aplicar a cualquier prótesis o déficit de la extremidad superior que involucre sensación y movimiento.

El estudio fue financiado en parte por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa, un brazo de investigación y desarrollo del Departamento de Defensa. En 2018, el Dr. Marasco publicó un artículo fundamental en Ciencia de la Medicina Traslacionalsobre un nuevo método para restaurar la sensación natural de movimiento en pacientes con brazos protésicos.