Bailar con robots: el tratamiento del futuro para pacientes con Parkinson

La danza es una de las expresiones artísticas y religiosas más practicadas en la historia del mundo, en las formas más diversas posibles y mucho más allá de diferencias sociales y culturales. Bailar, en definitiva, es humano. Personas de todas las edades y niveles de habilidades motoras sintieron alguna vez en su vida la necesidad de expresar con movimientos una respuesta a un estímulo musical.

Quienes danzan profesionalmente se mueven con creatividad y trabajo físico en maneras que por bellas, sincronizadas e inesperadas generan fascinación. Para Lena Ting, neurocientífica y biomecánica y Madeleine Eve Hackney, científica de rehabilitación y bailarina, comprender las complejidades de la habilidad motora en un movimiento de ballet o el lenguaje físico de coordinación en la danza de pareja "es un desafío inspirador y desafiante".

Ambas expertas están actualmente estudiando la forma de andar y el equilibrio en diferentes poblaciones y también cómo el solo hecho de tomarse las manos -como en los bailes en pareja- puede ayudar a muchas personas a caminar y moverse mejor. Para ellas, la compresión de los movimientos de los bailarines tiene importantes implicaciones en el mundo real y el objetivo final es ayudar a prescribir y diseñar mejor rehabilitación a personas con movilidad reducida, así como desarrollar robots que puedan interactuar físicamente con personas para ayudar con la asistencia motora y el aprendizaje motor.

Ballet para el andar y el equilibrio

Es bastante fácil distinguir a un bailarín de un jugador de fútbol, sólo basado en la forma en que caminan: uno se desplaza como un líquido, el otro es firme y de andar sólido. Esto encaja perfecto con la conclusión de un estudio de estas científicas que reveló que el entrenamiento de ballet altera la manera de caminar de una persona. Pero también contrarresta el principio de entrenamiento deportivo de que la habilidad motora es específica para el movimiento practicado, tal como balancear un bate o hacer una pirueta como un gimnasta.

Pero, por otro lado, la rehabilitación se basa en la idea de que la habilidad motora se generaliza en diferentes tareas. Sería imposible entrenar para todos los escenarios posibles que una persona con discapacidad motora se topará en la vida real. Los terapeutas esperan que ayudar a los pacientes a desarrollar fuerza y ​​habilidad en unas cuantas tareas en el gimnasio, podrá ser aplicable a mejoras generales de movimiento.

En un estudio dirigido por Andrew Sawers, profesor asistente de kinesiología en la Universidad de Illinois en Chicago, Estados Unidos, la atención estuvo puesta en el régimen riguroso de entrenamiento de los bailarines. El objetivo era probar si aprender a moverse en un contexto especializado afecta la forma en que se realizan tareas cotidianas.

Buscaban saber si los movimientos de los bailarines de ballet, por ejemplo, realmente difieren del resto de los mortales en tareas que no practicaron explícitamente.

Resultó que, cuando debían caminar por una viga estrecha, por ejemplo, los bailarines de ballet todavía utilizaban los mismos patrones habituales de coordinación muscular que utilizaban para caminar a través de un piso normal. Estos patrones son utilizados por el sistema nervioso para construir movimientos, parecido al concepto de "memoria muscular". Para encontrar los patrones de cada participante, los investigadores midieron la actividad eléctrica de muchos músculos en la pierna y el tronco mientras caminaban a través de vigas de diversa dificultad, más o menos estrechas.

En contraste con los bailarines de ballet, las personas que no eran bailarines que lucharon por atravesar el camino estrecho no podían confiar en los mismos patrones motores que utilizaban en su marcha normal. ¿Por qué? La investigación sugiere que el entrenamiento a largo plazo del ballet de los bailarines refina un sistema de los patrones usados ​​para caminar de modo que también pueden ser aplicados en otras tareas relacionadas y esto cambia la manera en que los bailarines caminan diariamente.

Entrenamiento de danza en entornos de rehabilitación

Para las especialistas, los mismos principios de adquisición de habilidades motrices en individuos altamente capacitados -como los bailarines de ballet- también pueden estar en juego en la rehabilitación y habilitación motora en personas con impedimentos de movilidad.

El baile puede ser una rehabilitación eficaz para el equilibrio y los impedimentos al caminar, por ejemplo, en personas con enfermedad de Parkinson. Madeleine Eve Hackney desarrolló la rehabilitación de Tango Adaptado, en la que los participantes aprenden una serie progresiva de pasos de baile de tango diseñados específicamente para abordar problemas que las personas con Parkinson tienen con su equilibrio, caminar hacia delante y hacia atrás, girar y navegar entornos complejos. El resultado es que se mejoran notablemente las métricas clínicas de la función del equilibrio y el andar.

¿Cómo? En un estudio piloto, descubrieron que después de un programa intensivo de tres semanas de rehabilitación de tango adaptado, los participantes con Parkinson se desempeñaron cada vez más parecido a los bailarines de ballet altamente capacitados. Lucas McKay, profesor asistente en Ingeniería Biomédica en la Universidad Emory especializado en mecanismos de alteración del equilibrio en la enfermedad de Parkinson, mostró que los participantes mejoraron su actividad muscular para el equilibrio después del tango adaptado. Jessica Allen, de la universidad de West Virginia, y experta en la marcha humana, demostró además que sus patrones de movimiento también eran más consistentes al caminar y las tareas de equilibrio.

Al igual que los bailarines de ballet, los participantes de tango adaptados con Parkinson podrían usar los mismos patrones a través de diferentes tareas motoras. Es decir, al practicar sus habilidades de baile de tango, desarrollaron métodos que también les ayudaron a caminar y balancearse en situaciones cotidianas. Este mecanismo es el que puede explicar por qué la práctica de danza puede alterar beneficiosamente la marcha y el equilibrio.

La cooperación física entre un ser humano y un robot

Tanto Lena Ting como Madeleine Eve Hackney colaboran con el roboticista Charlie Kemp, que está interesado en indagar las maneras en que los robots pueden interactuar físicamente con los humanos de manera intuitiva y beneficiosa. Por ejemplo, ¿podrían los robots de rehabilitación bailar con personas con enfermedad de Parkinson para ayudarles a mejorar sus habilidades motoras?

El avance de la ciencia de las interacciones físicas humanas es fundamental para desarrollar este tipo de tecnología. Los investigadores apenas están comenzando a estudiar las fuerzas entre dos seres humanos realizando tareas cooperativas (llevando una mesa juntas) o competitivas (tirones de guerra).

En el baile de pareja, por ejemplo, las fuerzas físicas entre el líder y el seguidor son clave para que los dos individuos puedan mantenerse en sincronía unos con otros. Tal coordinación compleja puede suceder incluso con sus ojos cerrados.

Las científicas se preguntaron si los conocimientos de la danza en pareja podrían ser utilizados para desarrollar interacciones físicas intuitivas entre los seres humanos y robots de apoyo. La robótica Tiffany Chen ya había desarrollado un camino para que un robot humanoide, Cody, fuera guiado por la mano de un humano. El robot podía seguir a una enfermera a través de un entorno complejo simplemente interpretando las fuerzas de la mano.

Pero ¿sostener la mano de un robot seguidor se siente como interactuar con una persona? Tiffany probó a Cody con instructores de bailarines de pareja en una tarea de pasos simple y asociada y los bailarines se sorprendieron de lo bien que Cody siguió su paso. Sentían que Cody podía interpretar la sutil guía a través de las fuerzas en las manos que señalaban la dirección y el ritmo del movimiento. Este tipo de guía física proporcionó una forma mucho más intuitiva de dirigir el movimiento del robot en comparación con un control de los que se usan habitualmente. Pero el objetivo todavía era comparar la fuerza en la mano y los movimientos corporales de la pareja humano-robot con dos personas bailando. ¿Cody y un compañero parecían dos personas haciendo la misma tarea?

Los bailarines regresaron al laboratorio con Andrew y se reveló que las fuerzas en las manos para los movimientos coordinados en seres humanos (incluso sin la visión) era de algunos gramos. Eso es menos de lo que Cody necesitaba para seguir a una persona, así que lo que había programado el robot para responder a las fuerzas era menos sensible que una persona.

"Apenas estamos comenzando a entender cómo se interpretan los sutiles cambios en las fuerzas a manos de los compañeros humanos", dijeron las investigadoras. "Dado que estas fuerzas eran el único canal de comunicación entre los participantes en nuestro estudio, sabemos que contienen información sobre la intención motora (donde queremos ir), el rendimiento motor (cómo nos estamos moviendo realmente), así como el nivel de habilidad de la pareja". Sin embargo, el área de las interacciones físicas entre humanos está madura para guiar el diseño de robots asistenciales que interactúan de forma segura e intuitiva con los seres humanos.

¿Puede un robot ser un socio de rehabilitación eficaz? Hasta ahora, los primeros estudios científicas están empezando a entender los efectos del baile en la habilidad motora humana, así como las interacciones físicas necesarias para realizar una danza de pareja. "Más fundamentalmente, buscamos descubrir cómo aprendemos y re-aprendemos a movernos, y cómo las interacciones físicas nos ayudan a movernos mejor", señalaron las expertas. "Responder a estas preguntas puede ayudarnos a mantener la luz en nuestros dedos".

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