Prótesis modular. Fuente: DARPA/JHUAPL/HDT Engineering Services
Saludar, coger cualquier objeto, levantar la mano para pedir la cuenta en un restaurante o algo aparentemente tan simple como caminar son algunas de las acciones que personas que, tras haber sufrido la amputación de alguna de sus extremidades o haber tenido una parálisis, no pueden llevar a cabo. Por ello, son muchos los casos en los que éstas recurren a la implantación de un brazo o una pierna artificiales.
Hasta ahora, los movimientos que se podían realizar con estos miembros sintéticos han sido bastante reducidos, pero los avances tecnológicos están contribuyendo a reducir estas limitaciones.
Un grupo de científicos formado por investigadores de la Universidad de Pittsburgh, en Pensilvania, y del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins, ubicado en Maryland, ambos en Estados Unidos, ha logrado aumentar los grados de movilidad de unas extremidades robóticas que son controladas por la mente, informa la revista Newscientist.
Hasta ahora, los movimientos que se podían realizar con estos miembros sintéticos han sido bastante reducidos, pero los avances tecnológicos están contribuyendo a reducir estas limitaciones.
Un grupo de científicos formado por investigadores de la Universidad de Pittsburgh, en Pensilvania, y del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins, ubicado en Maryland, ambos en Estados Unidos, ha logrado aumentar los grados de movilidad de unas extremidades robóticas que son controladas por la mente, informa la revista Newscientist.
Lo han conseguido desarrollando una prótesis modular de las extremidades (en inglés Modular Prothestic Limb, MPL), una extremidad biónica hecha de una combinación de fibra de carbono ligero y aleaciones de alta resistencia.
Características de la prótesis
Dicha extremidad dispone de 22º de libertad de movimiento, en comparación con la del brazo humano que tiene 30º, y puede coger objetos frágiles con precisión sin aplastarlos. Además, la muñeca y el codo de la prótesis rotan con facilidad y, al igual que un miembro humano medio, pesa poco menos de 4,5 kilos.
"Yo diría que está muy cerca de la destreza humana", vaticina Michael McLoughlin, responsable del desarrollo de una de estas prótesis en el Laboratorio de Física Aplicada (APL, por sus siglas en inglés) de la Universidad Johns Hopkins. "No puede hacer absolutamente todo. Por ejemplo, no puede ahuecar la palma de la mano, pero puede controlar todos los dedos de forma individual. No creo que hay otro miembro que se acerque a esto", señala el investigador.
Características de la prótesis
Dicha extremidad dispone de 22º de libertad de movimiento, en comparación con la del brazo humano que tiene 30º, y puede coger objetos frágiles con precisión sin aplastarlos. Además, la muñeca y el codo de la prótesis rotan con facilidad y, al igual que un miembro humano medio, pesa poco menos de 4,5 kilos.
"Yo diría que está muy cerca de la destreza humana", vaticina Michael McLoughlin, responsable del desarrollo de una de estas prótesis en el Laboratorio de Física Aplicada (APL, por sus siglas en inglés) de la Universidad Johns Hopkins. "No puede hacer absolutamente todo. Por ejemplo, no puede ahuecar la palma de la mano, pero puede controlar todos los dedos de forma individual. No creo que hay otro miembro que se acerque a esto", señala el investigador.
Jesse Sullivan, uno de los voluntarios del estudio. Fuente: Mark Gilliland/AP/PA
Un prototipo de esta prótesis modular ha sido probado ya por personas con amputación de ambos brazos. Para ello, mediante cirugía, los investigadores redirigieron los nervios perdidos que normalmente controlan el brazo al músculo del pecho. Allí, los electrodos que guían la extremidad robótica interpretan las señales nerviosas y realizan el movimiento.
"Uno de nuestros pacientes, Jesse Sullivan (ver imagen), fue capaz de utilizar el brazo casi desde el primer momento. Para él fue una cosa muy natural", asegura McLoughlin. "El cerebro sigue pensando que el brazo está ahí, y si éste identifica las señales que el cerebro le manda y las ejecuta, se puede lograr algo realmente asombroso".
Posible aplicación en personas con parálisis
Por el momento, las personas que sufren una parálisis casi total, es decir, del cuello hacia abajo, no pueden beneficiarse de esta técnica, ya que las señales del cerebro no pueden llegar al pecho. No obstante, este nuevo avance tecnológico podría estar disponible en un año, afirman sus autores.
Para buscar una solución a esta deficiencia, Andrew Schwartz, del Laboratorio de Ingeniería Neuronal de la Universidad de Pittsburgh, ha llevado a cabo diversas fases de experimentos con macacos rhesus (Macaca mulatta), para entrenarlos en el control cerebral de estas prótesis.
Uno de los primeros resultados lo obtuvo en 2008, fecha en la que publicó al respecto un artículo en la revista Nature. En él, Schwartz describió cómo dos de estos monos aprendieron a alimentarse de frutas y bombones con una prótesis robótica controlada por los electrodos implantados en sus cerebros. Fue la primera vez que se realizaba este ensayo. Y para ello, Schwartz creó un dispositivo, muy similar a una mano humana, adaptado a personas con algún tipo de parálisis.
En una segunda fase, el investigador ha desarrollado una matriz formada por un centenar de electrodos que colocó en cien neuronas de la corteza motora de dos monos. Esta matriz, una vez que aprendió el lenguaje eléctrico que utiliza la corteza cerebral para guiar el movimiento del brazo, convirtió esas señales en instrucciones para el miembro robótico, dotado de una pinza de dos dedos.
Ahora Schwartz trabaja en la siguiente fase de la investigación, consistente en entrenar a estos monos de nuevo para que aprendan a utilizar la mano entera. Esta vez quiere enseñarles a utilizar los cinco dedos, y a realizar tareas cotidianas más complejas.
Los monos están siendo entrenados para guiar con sus pensamientos el control del brazo robot, sin tener que tocar la prótesis en ningún momento o recurrir a instrumentos complementarios, como mandos a distancia, que faciliten su movimiento.
“Si los monos demuestran en los ensayos que es posible dirigir el brazo únicamente con la capacidad intelectual, la gente con lesiones de la médula espinal tendrá la oportunidad de probar la prótesis modular. Ésta les permitiría ser capaces de comer por sí mismos", comenta McLoughlin, quien añade que "nadie ha logrado este nivel de control en los seres humanos con una prótesis controlada por el cerebro”.
"Uno de nuestros pacientes, Jesse Sullivan (ver imagen), fue capaz de utilizar el brazo casi desde el primer momento. Para él fue una cosa muy natural", asegura McLoughlin. "El cerebro sigue pensando que el brazo está ahí, y si éste identifica las señales que el cerebro le manda y las ejecuta, se puede lograr algo realmente asombroso".
Posible aplicación en personas con parálisis
Por el momento, las personas que sufren una parálisis casi total, es decir, del cuello hacia abajo, no pueden beneficiarse de esta técnica, ya que las señales del cerebro no pueden llegar al pecho. No obstante, este nuevo avance tecnológico podría estar disponible en un año, afirman sus autores.
Para buscar una solución a esta deficiencia, Andrew Schwartz, del Laboratorio de Ingeniería Neuronal de la Universidad de Pittsburgh, ha llevado a cabo diversas fases de experimentos con macacos rhesus (Macaca mulatta), para entrenarlos en el control cerebral de estas prótesis.
Uno de los primeros resultados lo obtuvo en 2008, fecha en la que publicó al respecto un artículo en la revista Nature. En él, Schwartz describió cómo dos de estos monos aprendieron a alimentarse de frutas y bombones con una prótesis robótica controlada por los electrodos implantados en sus cerebros. Fue la primera vez que se realizaba este ensayo. Y para ello, Schwartz creó un dispositivo, muy similar a una mano humana, adaptado a personas con algún tipo de parálisis.
En una segunda fase, el investigador ha desarrollado una matriz formada por un centenar de electrodos que colocó en cien neuronas de la corteza motora de dos monos. Esta matriz, una vez que aprendió el lenguaje eléctrico que utiliza la corteza cerebral para guiar el movimiento del brazo, convirtió esas señales en instrucciones para el miembro robótico, dotado de una pinza de dos dedos.
Ahora Schwartz trabaja en la siguiente fase de la investigación, consistente en entrenar a estos monos de nuevo para que aprendan a utilizar la mano entera. Esta vez quiere enseñarles a utilizar los cinco dedos, y a realizar tareas cotidianas más complejas.
Los monos están siendo entrenados para guiar con sus pensamientos el control del brazo robot, sin tener que tocar la prótesis en ningún momento o recurrir a instrumentos complementarios, como mandos a distancia, que faciliten su movimiento.
“Si los monos demuestran en los ensayos que es posible dirigir el brazo únicamente con la capacidad intelectual, la gente con lesiones de la médula espinal tendrá la oportunidad de probar la prótesis modular. Ésta les permitiría ser capaces de comer por sí mismos", comenta McLoughlin, quien añade que "nadie ha logrado este nivel de control en los seres humanos con una prótesis controlada por el cerebro”.