La prótesis robótica "Luke Skywalker" permite que el amputado vuelva a sentir

La prótesis robótica "Luke Skywalker" permite que el amputado vuelva a sentir
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Una de las diferencias que ha separado durante mucho tiempo el ámbito de la ciencia ficción y la realidad, al menos en lo que respecta a prótesis y aumento humano artificial, es nuestra capacidad de tejer suavemente componentes sintéticos o cibernéticos en el cuerpo humano. En Guerra de las Galaxias, Star Trek, la Marvel Cinematic Universe, o juegos como Deus Ex, estos se tratan como problemas resueltos de una forma u otra. En la vida real, construir miembros artificiales con capacidades sofisticadas de agarre o equilibrio sigue siendo un trabajo en progreso. Pero un brazo protésico que hemos cubierto antes, ahora conocido oficialmente como el brazo Deka LUKE (y llamado así por Luke Skywalker), ahora ha ido un paso más allá y ha restaurado parcialmente la capacidad de sentir de un amputado. sensación otra vez.

El resumen del artículo, en Science Robotics, establece:

Las grabaciones electromiográficas de los músculos residuales del brazo se decodificaron para proporcionar un control independiente y proporcional de una mano y muñeca protésicas de seis DOF: el brazo DEKA LUKE. La activación de los sensores de contacto en la prótesis dio como resultado una microestimulación intraneural de fibras nerviosas sensoriales residuales a través de matrices de electrodos inclinadas de Utah implantadas crónicamente, evocando percepciones táctiles en la mano fantasma. Con la retroalimentación sensorial habilitada, el participante exhibió una mayor precisión en la fuerza de agarre y pudo manejar mejor los objetos frágiles. Con la exploración activa, el participante también pudo distinguir entre objetos pequeños y grandes y entre objetos blandos y duros. Cuando la retroalimentación sensorial era biomimética, diseñada para imitar las señales sensoriales naturales, el participante podía identificar los objetos significativamente más rápido que con el uso de algoritmos de codificación tradicionales que dependían solo de la intensidad del estímulo actual. Por lo tanto, el toque artificial se puede esculpir modelando la retroalimentación sensorial, y los patrones inspirados biológicamente provocan percepciones más interpretables y útiles.

La matriz de electrodos inclinados de Utah se desarrolló para la implantación en el sistema nervioso periférico. Como su nombre lo indica, una matriz de 100 1Las microagujas de silicona de .5 mm de largo se proyectan hacia afuera desde un sustrato pequeño, con longitudes de electrodos que van desde 0.5 mm a 1 mm. La matriz de electrodos se ha utilizado junto con una versión no inclinada (matriz de electrodos de Utah) para estudiar el procesamiento de información paralela y cómo se controlan los músculos.

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El brazo LUKE ha sido modificado para transmitir información al cerebro humano, permitiendo que un amputado detecte información sobre los objetos que está sosteniendo. Investigaciones anteriores han indicado que la capacidad de sentir las cosas es clave para saber qué tan difícil es agarrarlas, eliminarlas y es mucho más difícil evitar aplastar objetos.

“Cambiamos la forma en que enviamos esa información al cerebro para que coincida con el cuerpo humano. Y al hacer coincidir el cuerpo humano, pudimos ver mejores beneficios ”, dijo Jacob George, autor del estudio y estudiante de doctorado en ingeniería biomédica en la Universidad de Utah. "Estamos haciendo señales biológicamente más realistas".

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Keven Walgamott. Crédito de la imagen: Dan Hixson / Universidad de Utah College of Engineering.

Uno de los amputados que recibió el brazo, Keven Walgamott, pudo retirar con éxito las uvas de sus tallos sin aplastarlas, recoger un huevo sin aplastarlo o romperlo, e incluso tomar la mano de su esposa. Informó una sensación similar en sus "dedos" a la de una mano humana. "Casi me hizo llorar", dijo Walgamott después de usar el brazo LUKE por primera vez en 2017. "Fue realmente increíble. Nunca pensé que sería capaz de sentir en esa mano otra vez ".

Hacer que el brazo funcionara fue un proceso complejo. La investigación sobre cómo ayudar a los amputados a sentirse mediante la conexión de prótesis a los nervios restantes en el antebrazo ha estado en marcha durante años. Pero en realidad transmitiendo sensación requiere más que simplemente enganchar la mano a un nervio que se puede hacer para transmitir un comando de "movimiento". Para interactuar con los nervios, la mano tenía que tener sensores que pudieran transportar los datos de una manera que los nervios pudieran entender como sensación para empezar. La transmisión de datos de impulsos nerviosos en lo que parece ser un modelo de neuronas en picado basado en la descripción fue clave para que el brazo realmente funcione. (El sitio señala: "Al primer contacto de un objeto, una ráfaga de impulsos recorre los nervios hasta el cerebro y luego disminuye. Recreando esto fue un gran paso").

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Los investigadores aparentemente modelaron la transmisión nerviosa en primates para comprender cómo construir un modelo equivalente en humanos. El equipo ahora está trabajando en una versión del brazo Deka LUKE que puede ser completamente móvil, en lugar de estar parcialmente conectado a una computadora fuera del cuerpo. El Utah Slanted Electrode Array es capaz de enviar señales que transmiten más que solo tocar: el dolor y la temperatura también se pueden señalar, aunque esta investigación se centró en el tacto, no en los otros sentidos. En el futuro, el equipo quiere expandirse para abordar las necesidades de los amputados por encima del codo, así como su trabajo existente con pacientes que perdieron extremidades por debajo del codo. Se espera que los pacientes puedan recibir un brazo LUKE que puedan llevar a casa y usar para 2020 o 2021. El brazo ha estado en desarrollo durante unos 15 años.

Crédito de la imagen de fondo: Dan Hixson / Universidad de Utah College of Engineering.

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