Nuevas prótesis de manos y brazos ayudan a amputados a recuperar sensaciones

Un nuevo sistema protésico con electrodos, que está siendo desarrollado por la Universidad Case Western Reserve y el Veterans Affairs Medical Center de Cleveland Louis Stokes (Ohio, EE.UU.), permite a personas que han perdido sus manos volver a sentir el tacto de, por ejemplo, bolas de algodón.

En realidad, no pueden sentir la pelota como tal. Pero una computadora envía patrones de señales eléctricas a los nervios de su brazo y de su cerebro. "Supe de inmediato que era el algodón", recuerda Igor Spetic, una de las personas en las que se ha probado el sistema, en la nota de prensa de la Universidad, recogida por EurekAlert!.

Además, el dolor fantasma que había sufrido, que él describe como un tornillo atravesando su puño cerrado, se calmó casi por completo. Un segundo paciente, que tenía menos dolor fantasma después de perder su mano derecha y gran parte de su antebrazo en un accidente, dijo que también había casi desaparecido.

A pesar de tener el dolor fantasma, los dos hombres cuentan que la primera vez que se conectaron al sistema y recibieron la estimulación eléctrica, era la primera vez que sentían sus manos desde sus accidentes. En los meses siguientes, comenzaron a sentir sensaciones que les eran familiares y fueron capaces de controlar sus manos protésicas con más destreza.

"El sentido del tacto es una de las formas en que interactuamos con los objetos que nos rodean", explica Dustin Tyler, profesor adjunto de ingeniería biomédica en la Case Western Reserve y director de la investigación. "Nuestro objetivo no es sólo recuperar la función, sino construir una reconexión con el mundo. Esto es, una recuperación crónica, de larga duración, de sensaciones a través de múltiples puntos de la mano. El trabajo reactiva áreas del cerebro que producen el sentido del tacto", subraya.

El sistema, que por ahora está limitado al laboratorio, utiliza la estimulación eléctrica para producir la sensación. Pero hay diferencias cruciales respecto a investigaciones similares. Una de ellas son unos algoritmos que producen sensaciones más naturales y que permiten discernir texturas. Los sensores pegados a la mano del paciente no son en sí lo suficientemente sofisticados como para discernir texturas, detectan sólo la presión.

Además, hasta ahora experimentos similares sólo habían funcionado durante un mes, mientras que el nuevo sistema lleva funcionando correctamente 2 años y medio en el caso de Spetic y seis meses en el de otro paciente, Keith Vonderhueval.

Logros

Vonderhuevel ha sido capaz de quitarles los tallos a uvas o cerezas con los ojos vendados. Spetic fue capaz de distinguir el papel de lija de una superficie lisa, y de una superficie estriada. También fue capaz de distinguirlas cuando las tocaba a la vez.

Tyler no cree que estén reproduciendo las sensaciones exactamente, pero sí que se acercan lo suficiente para que el cerebro las asimile a experiencias pasadas.

Los investigadores creen que en cinco años el uso de estos sistemas estará extendido fuera del laboratorio. Tyler cree que esta tecnología podrá usarse para prótesis de piernas, de modo que sus dueños puedan distinguir las superficies sobre las que andan. Además, puede ser útil en el control de temblores o la estimulación profunda del cerebro.

Prótesis controladas con la mente

Por otro lado, investigadores de la Universidad Tecnológica Chalmers, de Gotemburgo (Suecia), han trabajado en el sentido contrario, es decir, en el envío de señales del cerebro al miembro, y han desarrollado prótesis robóticas controladas a través de interfaces neuromusculares implantadas. El sistema es óseo-integrado.

En enero de 2013 una persona con un brazo amputado fue la primera en el mundo en recibir una prótesis con una conexión directa a los huesos, nervios y músculos. El mexicano Max Ortiz Catalán, autor principal de la investigación, subraya en la nota de prensa de la universidad que han utilizado la oseo-integración "para crear una fusión estable a largo plazo entre el hombre y la máquina. El brazo artificial está unido directamente al esqueleto, proporcionando así estabilidad mecánica. Luego el sistema de control biológico del ser humano, es decir, los nervios y los músculos, también se interconectan con el sistema de control de la máquina a través de electrodos neuromusculares. Esto crea una unión íntima entre el cuerpo y la máquina; entre la biología y la mecatrónica ".

El brazo del paciente fue amputado hace más de diez años. Antes de la cirugía, la prótesis se controlaba a través de electrodos colocados sobre la piel, un sistema poco fiable y que limita su funcionalidad. El paciente al que se ha implantado el nuevo sistema es conductor de camiones, y desde la cirugía es capaz de hacer todas las tareas de su trabajo.

Ventajas

Entre las principales ventajas del sistema, destaca que al estar los electrodos implantados y no colocados sobre la piel, no se ven alterados por los efectos del ambiente (calor, frío) sobre la piel, ni por los movimientos de los miembros. Tampoco les afectan los cambios electromagnéticos. Asimismo, tampoco hay interferencias de señales producidas por otros músculos.

Según declara Ortiz Catalán a Sinc, la probabilidad de que la integración ósea produzca rechazo es muy baja. “La bio-compatibilidad de los materiales que hemos usado es alta y han sido utilizados durante años en diferente aplicaciones en humanos, por lo que la posibilidad de rechazo es la misma que la de los implantes dentales”.

Debido a que el implante es una interfaz bidireccional, también se puede utilizar para enviar señales en la dirección opuesta: de la prótesis del brazo al cerebro. Este es el siguiente paso de los investigadores, para aplicar clínicamente sus hallazgos en la retroalimentación sensorial.

Los investigadores planean tratar a más pacientes con la nueva tecnología a finales de este año.

Referencias bibliográficas:

D. W. Tan, M. A. Schiefer, M. W. Keith, J. R. Anderson, J. Tyler, D. J. Tyler: A neural interface provides long-term stable natural touch perception. Science Translational Medicine (2014). DOI: 10.1126/scitranslmed.3008669

M. Ortiz-Catalan, B. Hakansson, R. Branemark: An osseointegrated human-machine gateway for long-term sensory feedback and motor control of artificial limbs. Science Translational Medicine (2014). DOI: 10.1126/scitranslmed.3008933