El uso robótico del «tercer pulgar» puede alterar la representación cerebral de la mano

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El uso de un «tercer pulgar» robótico puede afectar la forma en que se representa la mano en el cerebro, según un nuevo estudio realizado por investigadores de la UCL.

El equipo capacitó a las personas para que usaran un pulgar robótico adicional y descubrió que podían realizar tareas hábiles de manera efectiva, como construir una torre de bloques, con una mano (ahora con dos pulgares). Los investigadores informan en la revista Ciencia robótica que incluso los participantes entrenados para usar los pulgares se sentían cada vez más como parte de su cuerpo.

El diseñador Dani Clode comenzó a desarrollar el dispositivo, llamado Third Thumb, como parte de un galardonado proyecto de posgrado en el Royal College of Art, que busca reformular la forma en que vemos las prótesis, desde reemplazar una función perdida hasta una extensión de lo humano. cuerpo. Más tarde fue invitada a unirse al equipo de neurocientíficos de la profesora Tamar Makin en la UCL que estaba estudiando cómo el cerebro puede adaptarse al aumento del cuerpo.

El profesor Makin (Instituto de Neurociencia Cognitiva de la UCL), autor principal del estudio, dijo: «El aumento corporal es un campo en crecimiento destinado a ampliar nuestras capacidades físicas, pero carecemos de una comprensión clara de cómo nuestro cerebro puede adaptarse a él. Al estudiar a las personas utilizando el tercer pulgar inteligentemente diseñado por Dani, buscamos responder preguntas clave sobre si el cerebro humano puede soportar una parte extra del cuerpo y cómo la tecnología podría afectar nuestro cerebro «.

El tercer pulgar está impreso en 3D, lo que facilita su personalización y se lleva en el lado de la mano opuesto al pulgar real del usuario, cerca del dedo meñique (meñique). El usuario lo comprueba con sensores de presión conectados a sus pies, en la parte inferior de los dedos gordos. Conectados de forma inalámbrica al pulgar, ambos sensores de dedos monitorean diferentes movimientos del pulgar respondiendo instantáneamente a los cambios sutiles en la presión del usuario.

Para el estudio, 20 participantes fueron entrenados para usar el pulgar durante cinco días, tiempo durante el cual también se les animó a llevar el pulgar a casa todos los días después del entrenamiento para usarlo en escenarios de la vida cotidiana, por un total de 2 a 6 horas de uso. por día. Estos participantes se compararon con un grupo adicional de 10 participantes de control que usaban una versión estática del pulgar mientras completaban el mismo entrenamiento.

Durante las sesiones diarias de laboratorio, los participantes fueron entrenados en el uso del pulgar enfocándose en actividades que ayudaron a incrementar la cooperación entre la mano y el pulgar, como levantar varias bolas o vasos de vino con una mano. Aprendieron los conceptos básicos del uso del pulgar muy rápidamente, mientras que el entrenamiento les permitió mejorar con éxito el control motor, la destreza y la coordinación mano-pulgar. Los participantes también pudieron usar sus pulgares cuando estaban distraídos, construyendo una torre de bloques de madera mientras resolvían un problema de matemáticas o con los ojos vendados.

El diseñador Dani Clode (Instituto de Neurociencia Cognitiva de la UCL y Dani Clode Design), que formó parte del equipo de investigación principal, dijo: «Nuestro estudio muestra que las personas pueden aprender rápidamente a controlar un dispositivo de mejora y usarlo en su beneficio, sin pensar. demasiado. Vimos que al usar el tercer pulgar, las personas cambiaban los movimientos naturales de la mano y también informaban que el pulgar robótico se sentía como parte de su cuerpo «.

La primera autora del estudio, Paulina Kieliba (Instituto de Neurociencia Cognitiva de la UCL) dijo: «El aumento corporal algún día puede ser valioso para la sociedad de muchas maneras, como permitir que un cirujano se las arregle sin un asistente o trabajador. De una fábrica para trabajar más eficientemente. Esta línea de trabajo podría revolucionar el concepto de prótesis y podría ayudar a alguien que, de manera permanente o temporal, solo puede usar una mano, a hacer todo con esa mano. Pero para llegar allí, debemos seguir investigando las complicadas cuestiones interdisciplinarias de cómo estos dispositivos interactúan con nuestro cerebro «.

Antes y después de la capacitación, los investigadores escanearon los cerebros de los participantes usando fMRI, mientras que los participantes movían sus dedos individualmente (no usaban sus pulgares mientras estaban en el escáner). Los investigadores encontraron cambios sutiles pero significativos en cómo la mano que había sido aumentada con el tercer pulgar (pero no con la otra mano) estaba representada en la corteza sensoriomotora del cerebro. En nuestro cerebro, cada dedo está representado de forma distinta a los demás; entre los participantes del estudio, el patrón de actividad cerebral correspondiente a cada dedo individual se volvió más similar (menos distinto).

Una semana después, algunos de los participantes fueron escaneados nuevamente y los cambios en el área de la mano de sus cerebros habían disminuido, lo que sugiere que los cambios pueden no ser a largo plazo, aunque se necesita más investigación para confirmarlo.

Paulina Kieliba dijo: «Nuestro estudio es el primero que examina el uso de un dispositivo de mejora fuera de un laboratorio. Es el primer estudio de mejora realizado durante varios días de capacitación prolongada y el primero en tener un grupo de comparación no capacitado. El éxito de nuestro estudio muestra el valor de que los neurocientíficos trabajen en estrecha colaboración con diseñadores e ingenieros para garantizar que los dispositivos de mejora aprovechen al máximo la capacidad de nuestro cerebro para aprender y adaptarse, al tiempo que garantizan que los dispositivos de mejora se puedan utilizar de forma segura «.

El profesor Makin agregó: «La evolución no nos ha preparado para usar una parte más del cuerpo, y hemos descubierto que para ampliar nuestras capacidades de formas nuevas e inesperadas, el cerebro tendrá que adaptar la representación del cuerpo biológico».

Los investigadores, con sede en UCL y la Universidad de Oxford, recibieron el apoyo del Consejo Europeo de Investigación, Wellcome y Sir Halley Stewart Charitable Trust.

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