Nuevas prótesis cerebrales suponen un avance científico para las personas con amputaciones

Personas con amputaciones de piernas pudieron controlar sus prótesis con el cerebro en un importante avance científico que permite una marcha más suave y una mayor capacidad para sortear obstáculos, según un estudio publicado el lunes 1 de julio en la revista Nature Medicine.

Al crear una conexión entre el sistema nervioso de una persona y su prótesis de pierna, los investigadores del Centro K. Lisa Yang de Biónica del Instituto Tecnológico de Massachusetts y el Hospital Brigham and Women’s allanaron el camino para la próxima generación de prótesis.

“Hemos podido demostrar por primera vez el control neural completo de la marcha biónica”, afirma Hyungeun Song, primera autora del estudio e investigadora postdoctoral del MIT.

La mayoría de las prótesis biónicas más modernas se basan en órdenes robóticas preprogramadas en lugar de en las señales cerebrales del usuario. Las tecnologías robóticas avanzadas pueden detectar el entorno y activar repetidamente un movimiento predefinido de la pierna para ayudar a una persona a desplazarse por ese tipo de terreno.

Pero muchos de estos robots funcionan mejor en terreno llano y tienen dificultades para sortear obstáculos comunes como baches o charcos. La persona que lleva la prótesis suele tener poco que decir a la hora de ajustar el miembro protésico una vez que está en movimiento, sobre todo en respuesta a cambios bruscos del terreno.

“Cuando camino, tengo la sensación de que me están haciendo caminar porque un algoritmo está enviando órdenes a un motor, y yo no”, afirma Hugh Herr, investigador principal del estudio y profesor de artes y ciencias de la comunicación en el MIT y pionero en el campo de la biomecatrónica, un campo que fusiona la biología con la electrónica y la mecánica.

A Herr le amputaron las piernas por debajo de la rodilla hace varios años por congelación, y utiliza prótesis robóticas avanzadas. “Cada vez hay más pruebas de que cuando se vincula el cerebro a una prótesis mecatrónica, se produce una personificación en la que la persona ve el miembro sintético como una extensión natural de su cuerpo”, explica Herr.

Los autores trabajaron con 14 participantes en el estudio, la mitad de los cuales recibieron amputaciones por debajo de la rodilla mediante un método conocido como Interfaz Mioneural Agonista-Antagonista (AMI), mientras que la otra mitad se sometió a amputaciones tradicionales.

“Lo más interesante de todo esto es que aprovecha la innovación quirúrgica junto con la tecnológica”, afirma Conor Walsh, profesor de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard especializado en el desarrollo de robots de asistencia portátiles y que no participó en el estudio.

La amputación AMI se desarrolló para abordar las limitaciones de la cirugía tradicional de amputación de piernas, que corta importantes conexiones musculares en el lugar de la amputación.

Los movimientos son posibles porque los músculos se mueven por pares. Un músculo, el agonista, se contrae para mover una extremidad y otro, el antagonista, se alarga en respuesta. Por ejemplo, durante una flexión de bíceps, el músculo bíceps es el agonista porque se contrae para levantar el antebrazo, mientras que el músculo tríceps es el antagonista porque se alarga para permitir el movimiento.

Cuando la amputación quirúrgica secciona pares musculares, la capacidad del paciente para sentir las contracciones musculares después de la operación se ve mermada y, en consecuencia, compromete su capacidad para percibir con precisión y exactitud dónde se encuentra su miembro protésico en el espacio.

En cambio, el procedimiento AMI reconecta los músculos de la extremidad restante para reproducir la valiosa respuesta muscular que una persona obtiene de una extremidad intacta.

El estudio “forma parte de un movimiento de la próxima generación de tecnologías protésicas que abordan la sensación y no sólo el movimiento”, afirma Eric Rombokas, profesor adjunto de ingeniería mecánica de la Universidad de Washington que no participó en el estudio.

El procedimiento IAM para la amputación por debajo de la rodilla recibió el nombre de amputación Ewing en honor a Jim Ewing, la primera persona que recibió el procedimiento en 2016. Los pacientes que se sometieron a la Amputación de Ewing experimentaron menos atrofia muscular en el muñón y menos dolor fantasma, la sensación de experimentar molestias en un miembro que ya no existe.

Los investigadores equiparon a todos los participantes con un novedoso miembro biónico, que consistía en una prótesis de tobillo, un dispositivo que mide la actividad eléctrica del movimiento muscular y electrodos colocados en la superficie de la piel.

El cerebro envía impulsos eléctricos a los músculos, provocando su contracción. Las contracciones producen sus propias señales eléctricas, que los electrodos detectan y envían a unos pequeños ordenadores situados en la prótesis. Los ordenadores convierten esas señales eléctricas en fuerza y movimiento para la prótesis.

Amy Pietrafitta, una participante en el estudio que recibió la amputación de Ewing tras sufrir quemaduras graves, dijo que el miembro biónico le permitió volver a apuntar con ambos pies y realizar movimientos de baile. “Poder tener ese tipo de flexión lo hizo mucho más real”, dijo Pietrafitta. “Parecía que todo estaba ahí”.

Con sus sensaciones musculares mejoradas, los participantes que se sometieron a la amputación de Ewing pudieron utilizar su miembro biónico para caminar más rápido y con una marcha más natural que los que se sometieron a amputaciones tradicionales. Cuando una persona tiene que desviarse de los patrones normales de marcha, normalmente tiene que esforzarse más para desplazarse.

“Ese gasto energético (...) hace que nuestro corazón trabaje más y nuestros pulmones más (...) y puede conducir a la destrucción gradual de las articulaciones de la cadera o de la parte inferior de la columna vertebral”, afirma Matthew J. Carty, cirujano plástico reconstructivo del Brigham and Women’s Hospital y primer médico en realizar el procedimiento AMI.

Los pacientes que recibieron la amputación de Ewing y el nuevo miembro protésico también pudieron sortear fácilmente rampas y escaleras. Ajustaban suavemente el pie para impulsarse escaleras arriba y amortiguar el impacto al bajar.

Los investigadores esperan que la novedosa prótesis esté disponible comercialmente en los próximos cinco años. “Estamos empezando a vislumbrar este glorioso futuro en el que una persona puede perder una parte importante de su cuerpo y existe tecnología para reconstruir ese aspecto de su cuerpo y dotarlo de plena funcionalidad”, afirma Herr.

(c) 2024, The Washington Post