La extremidad protésica gana un control más natural a través de la conexión manual -cerebro

Los investigadores están allanando el camino para el diseño de extremidades biónicas que se sienten naturales para los usuarios. Demuestran la conexión entre los patrones de movimiento de la mano y los patrones de control de motoneuron. El estudio, publicado en Robótica de la cienciatambién informa la aplicación de estos hallazgos a una mano protésica suave, que fue probada con éxito por individuos con discapacidades físicas.

El estudio de investigación ve la colaboración de dos equipos de investigación, uno en Istituto Italiano di Tecnologia (Instituto de Tecnología Italiano) en Genova, Italia, dirigido por Antonio Bicchi e Imperial College London, Reino Unido dirigido por Dario Farina. Es el resultado del proyecto «biónico natural» cuyo objetivo es ir más allá del modelo de las extremidades protésicas actuales, que a menudo los pacientes abandonan porque no responden de una manera «natural» a sus necesidades de movimiento y control.

Para que el sistema nervioso central reconozca la extremidad biónica como «natural», es esencial que la prótesis interactúe con el medio ambiente de la misma manera que lo haría una extremidad real. Por esta razón, los investigadores creen que las prótesis deben diseñarse en base a la teoría de las sinergias sensoriomotoras y las tecnologías de robótica blanda, propuesta por primera vez por el grupo de Antonio Bicchi en IIT, como la mano robótica de la mano blanda.

Si se establece una interfaz de sensación natural entre nuestro sistema nervioso y un cuerpo artificial, las implicaciones podrían ir incluso más allá de las prótesis, por ejemplo, para permitir una integración perfecta de humanos con piezas de robots para ayudar, empoderar y extendernos.

El estudio muestra por primera vez que dos estructuras fundamentales que organizan nuestro cuerpo, es decir, sinergias al nivel de motoneuronas espinales y las que están en el nivel de los comportamientos de la mano, están vinculadas. Las sinergias son los patrones coordinados de activación muscular y movimientos articulares del cuerpo humano.

Los investigadores descubrieron que las posturas manuales pueden interpretarse como los resultados observables de las estructuras neuronales subyacentes dentro del sistema nervioso central. Se puede acceder a estas estructuras y decodificarse utilizando algoritmos avanzados aplicados a las señales eléctricas producidas por nuestros músculos. Estas señales son la manifestación periférica de la actividad de las células neurales en la médula espinal que impulsan las contracciones musculares.

Una vez que la actividad de estas células se decodifica, es posible identificar agrupaciones celulares específicas que subyacen al comportamiento de la mano. Este avance no solo mejora la comprensión de los mecanismos neuronales que impulsan el control motor, sino que también abre nuevas vías para desarrollar interfaces humanas más intuitivas y efectivas.

Los investigadores ahora pueden codiseñar las manos robóticas múltiples y los algoritmos de decodificación neuronales, permitiendo que los usuarios protésicos logren un control natural para abarcar posturas infinitas y ejecutar tareas hábiles, incluida la manipulación en la mano, no factible con otros enfoques.

Más específicamente, los investigadores diseñaron una mano protésica suave con dos grados de actuación, lo que le permite realizar posturas impulsadas por dos sinergias posturales primarias. Este diseño innovador se probó en escenarios en tiempo real con 11 participantes sin impedimentos físicos y tres usuarios de prótesis.

Para lograr un control sin problemas, el equipo desarrolló un método en línea avanzado que mapea las sinergias neuronales decodificadas en la operación continua de la mano protésica de dos citas. Los resultados demostraron que la integración de sinergias neuronales y posturales permite un control preciso, natural y coordinado de acciones multidígito. Este enfoque no solo garantiza movimientos más suaves y más intuitivos, sino que también representa un paso adelante significativo en la creación de dispositivos protésicos que imitan estrechamente la funcionalidad y la fluidez de las extremidades naturales.

Tales avances tienen profundas implicaciones para mejorar la calidad de vida de los usuarios de prótesis, ofreciéndoles una mayor autonomía y una conexión más natural con sus extremidades artificiales.