Más cerca de las prótesis que sienten lo que tocan

El sentido del tacto nos permite conectar con los seres queridos e interactuar con nuestro entorno. Pero hay gente que no lo tiene: aquellas personas que han perdido sus extremidades superiores deben moverse por el mundo sin uno de sus sentidos fundamentales.

Sliman Bensmaia, de la Universidad de Chicago, en Illinois, está trabajando para tratar de cambiar esta situación. Su esfuerzo se centra en el desarrollo de una nueva fórmula de transmisión del sentido del tacto al cerebro, a través de prótesis que registrarían y transmitirían las sensaciones táctiles de la misma forma que lo hacen las extremidades naturales, informa Newscientist.

En un comunicado de la Universidad de Chicago emitido a través de Newswise, se explica que, para conseguirlo, se está desarrollando una tecnología constituida por una prótesis y por una interfaz que conecta dicha prótesis con el cerebro de los amputados.

La cuestión no es sencilla, pues “para establecer la función motora sensorial de un brazo artificial no sólo se tienen que sustituir las señales que el cerebro envía al brazo para moverlo, sino también las señales sensoriales que el brazo envía al cerebro", explica Bensmaia.

"Creemos que la clave para lograr este punto radica en aprovechar lo que se sabe sobre cómo el cerebro procesa la información sensorial y, a continuación, tratar de reproducir esos patrones de actividad neuronal."

Su investigación, enmarcada el Revolutionizing Prosthetics, un proyecto de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Defensa (DARPA) de EEUU, podría convertirse en un paso importante hacia el desarrollo de prótesis robóticas clínicamente viables.

El objetivo final es crear un miembro superior artificial y modular, que permita a amputados recuperar el control motor y las sensaciones naturales. Los resultados obtenidos hasta ahora acaban de aparecer detallados en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Sensaciones artificialmente provocadas

Desde hace un tiempo, Bensmaia y sus colaboradores se han centrado específicamente en los aspectos sensoriales de las extremidades. En una serie de experimentos con monos, cuyo sistema sensorial se parece mucho al de los seres humanos, los científicos identificaron los patrones de actividad neuronal que se producen durante la manipulación de objetos naturales.

Dicha identificación fue realizada gracias a una serie de microelectrodos situados en un área del cerebro llamada corteza somatosensorial primaria‎, en la que se representa un mapa completo del cuerpo. En ella cada neurona está especializada en sentir partes distintas de la piel, cuando ésta es tocada. A continuación, los científicos lograron provocar con éxito esos mismos patrones neuronales usando medios artificiales.

El primer conjunto de experimentos se focalizó en la localización del contacto o en la detección del lugar en el que la piel había sido tocada. Los animales fueron entrenados para identificar varios patrones de contacto físico con sus dedos.

Luego, los investigadores conectaron electrodos a las áreas del cerebro correspondientes a cada dedo y remplazaron los toques físicos por estímulos eléctricos suministrados en dichas regiones. Los animales respondieron del mismo modo a la estimulación artificial que al contacto físico real.

A continuación, los científicos se centraron en la sensación de presión. En este caso, desarrollaron un algoritmo para determinar la cantidad de corriente eléctrica necesaria para provocar una sensación de presión. Una vez más, la respuesta de los animales fue la misma tanto si los estímulos les llegaron a través de sus dedos, como si lo hicieron a través de medios artificiales.

Asimismo, Bensmaia y sus colaboradores estudiaron la sensación de contacto. Cuando una mano toca o suelta un objeto, se produce una explosión de actividad en el cerebro. Una vez más, comprobaron que estas ráfagas de actividad cerebral podían ser emuladas mediante estimulación eléctrica.

Instrucciones para la prótesis

El resultado de estos experimentos ha sido un conjunto de instrucciones que podrían ser incorporadas a una prótesis de brazo robótico, con el fin de proporcionar retroalimentación sensorial al cerebro, a través de una interfaz.

Bensmaia cree que esta información acerca la posibilidad de probar estos dispositivos en ensayos clínicos con humanos, y servirá para incrementar sustancialmente la funcionalidad de los miembros artificiales.

En definitiva, tiene la esperanza de que, algún día, los sensores protésicos puedan trasmitir señales a implantes colocados en humanos, que a su vez suministrarán el patrón correcto de pulsos eléctricos al cerebro para permitir que las personas recuperen su sentido del tacto. Así, las prótesis alcanzarán un alto nivel de realismo, y provocarán la sensación de formar parte del cuerpo, además de mejorar las interacciones de los amputados con su entorno.

En otro estudio reciente, el investigador y su equipo han analizado la forma en que los receptores de la piel transmiten la sensación de textura al cerebro, y han descubierto que los seres humanos distinguimos texturas finas, como la seda o el satén, a través de vibraciones registradas por dos grupos separados de receptores nerviosos de la piel, que son los que transmiten las señales al cerebro, ha informado la Universidad de Chicago en otro comunicado. Este conocimiento quizá sirva para hacer que las prótesis del futuro permitan detectar incluso las diferencias más sutiles en las cosas que se están tocando.

Referencia bibliográfica:

Gregg A. Tabot, John F. Dammann, Joshua A. Berg, Francesco V. Tenore, Jessica L. Boback, R. Jacob Vogelstein, and Sliman J. Bensmaia. Restoring the sense of touch with a prosthetic hand through a brain interface. PNAS (2013). DOI: 10.1073/pnas.1221113110.