Salute 3 Luglio 2024 10:49

Gamba ‘bionica’, ecco la protesi comandata al 100% dal cervello umano

Questa nuova tecnologia è stata sperimentata negli Stati Uniti su sette pazienti e permette di compiere movimenti più agili e rapidi, mantenendone il pieno controllo nelle più svariate situazioni

Gamba ‘bionica’, ecco la protesi comandata al 100% dal cervello umano

Comandare la protesi di una gamba esclusivamente col pensiero, senza l’ausilio di sensori e controller robotici che muovano l’arto mediante algoritmi di andatura predefiniti, non è più un sogno: è realtà. Questa nuova tecnologia è stata sperimentata negli Stati Uniti su sette pazienti e permette di compiere movimenti più agili e rapidi, mantenendone il pieno controllo nelle più svariate situazioni. A dimostrarlo lo studio pubblicato su Nature Medicine dai ricercatori del Massachusetts Institute of Technology, in collaborazione con il Brigham and  Women’s Hospital.  Si tratta di una gamba robotica che può essere completamente controllata dal cervello e dal midollo spinale, che ha consentito a sette persone che avevano perso una gamba di camminare più o meno alla stessa velocità delle persone senza amputazione. L’arto bionico utilizza un’interfaccia computerizzata che amplifica i segnali nervosi provenienti dai muscoli della parte restante della gamba e consente a chi lo indossa di muovere la protesi con i propri pensieri e riflessi naturali.

Un progetto unico

“Questo è il primo modello che permette un’andatura naturale con una modulazione neurale completa, in cui è il cervello della persona, e non un algoritmo robotico, a comandare al 100% la protesi bionica – afferma il coordinatore dello studio Hugh Herr -. Anche se l’arto è fatto di titanio, silicone e tutti questi vari componenti elettromeccanici, sembra naturale e si muove altrettanto naturalmente”, aggiunge. Herr ha subito l’amputazione di entrambe le gambe a causa di un grave congelamento durante un’arrampicata sul Monte Washington nel New Hampshire nel 1982. Dice che in futuro prenderà in considerazione l’utilizzo dei dispositivi di interfaccia anche per i suoi arti. La novità sviluppata dal suo team di ricerca, infatti, consiste proprio nell’impiego di un’interfaccia che collega la protesi col sistema nervoso dei pazienti sottoposti a un particolare intervento di  amputazione, che ripristina la comunicazione tra muscoli agonisti e antagonisti del moncone, permettendo di preservare la  percezione della posizione dell’arto nello spazio.

Il video pubblicato su Nature:

Le protesi diventano una parte integrante del corpo

“La maggior parte degli arti artificiali bionici esistenti si basa su algoritmi preimpostati per guidare il movimento e può passare automaticamente tra diverse modalità predefinite di camminata – spiegano i ricercatori -. Modelli avanzati hanno aiutato le persone con amputazioni a camminare, correre e salire le scale in modo più fluido, ma è il robot, piuttosto che l’utente, a mantenere il controllo del movimento delle gambe e il dispositivo non sembra parte del corpo”, sottolineano. Determinati a cambiare questa situazione, Herr e i suoi colleghi hanno sviluppato un’interfaccia che controlla l’arto robotico con segnali provenienti dai nervi e dai muscoli che rimangono dopo l’amputazione.

Le fasi dell’intervento

Prima di indossare il dispositivo robotico, i sette pazienti sono stati sottoposti ad un intervento chirurgico per collegare insieme coppie di muscoli nelle sezioni residue delle loro gambe. Questa tecnica chirurgica, che crea quella che viene chiamata interfaccia mioneurale agonista-antagonista (AMI), mira a ricreare i movimenti muscolari naturali in modo che la contrazione di un muscolo ne allunghi un altro. Aiuta a ridurre il dolore, preservare la massa muscolare e migliorare il comfort con l’arto bionico. La gamba bionica include una caviglia protesica dotata di sensori, insieme ad elettrodi fissati alla superficie della pelle. Questi catturano i segnali elettrici prodotti dai muscoli nel sito dell’amputazione e li inviano a un piccolo computer per essere decodificati. La gamba pesa 2,75 chilogrammi, simile al peso medio di un arto inferiore naturale.

I test di ‘collaudo’

Per testare il sistema, i partecipanti si sono esercitati utilizzando le loro nuove gambe bioniche per un totale di sei ore ciascuno. Quindi, i ricercatori hanno confrontato le loro prestazioni in vari compiti con quelle degli altri sette partecipanti che avevano ricevuto interventi chirurgici e protesi convenzionali. I test prevedevano l’utilizzo della protesi per camminare in piano e su un pendio, per scendere una rampa, per salire e scendere le scale e per camminare su una superficie piana evitando gli ostacoli. In tutte queste situazioni, la nuova gamba bionica ha consentito di eseguire movimenti più veloci del 41% rispetto alle protesi tradizionali, camminando con una velocità paragonabile a quella delle persone senza amputazioni. Anche gli ostacoli lungo il percorso sono stati aggirati più facilmente. Tutti i movimenti sono risultati più naturali: i pazienti, per esempio, hanno  puntato le dita dei piedi della protesi verso l’alto mentre  salivano le scale o scavalcavano un ostacolo e hanno coordinato meglio i movimenti dell’arto protesico con quelli dell’arto intatto. Sono stati anche in grado di alzarsi da terra con la stessa forza delle persone non amputate. “Questo lavoro rappresenta un ulteriore passo avanti nel  dimostrare ciò che è possibile fare per il ripristino della  funzionalità nei pazienti che soffrono di gravi lesioni agli arti”, dice Matthew Carty, chirurgo del Brigham and Women’s  Hospital e professore associato alla Harvard Medical School.

Possibili miglioramenti

I correttivi del design della gamba potrebbero includere il suo alleggerimento e il miglioramento degli elettrodi superficiali, che sono sensibili all’umidità e al sudore e potrebbero non essere adatti all’uso quotidiano. E saranno necessari studi futuri per verificare se il dispositivo è in grado di gestire attività più impegnative, come lo sprint e il salto. Herr assicura che il suo team sta già “cercando modi per sostituire gli elettrodi di superficie con piccole sfere magnetiche impiantate in grado di monitorare con precisione i movimenti muscolari”. Questo studio, conclude, “fornisce le basi di cui abbiamo bisogno per poi tradurle in tecnologie e soluzioni clinicamente valide per tutti gli amputati”.

 

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