Brazo biónico recupera el control natural de los pacientes con amputaciones de miembros superiores

El novedoso sistema combina el control motor intuitivo con la sensación de tacto y movimiento de la mano.

Octubre 2021.- Investigadores del hospital estadounidense Cleveland Clinic, diseñaron un brazo biónico único en su tipo para pacientes con amputaciones de miembros superiores que permite a los usuarios pensar, comportarse y funcionar como una persona no amputada, según los nuevos hallazgos publicados en “Science Robotics”.

El equipo de investigación internacional, dirigido por Cleveland Clinic, desarrolló el sistema biónico que combina tres funciones importantes: control motor intuitivo, kinestesia táctil y de agarre, la sensación intuitiva de abrir y cerrar la mano.

Modificamos una prótesis estándar con este complejo sistema biónico que permite a los usuarios mover su brazo protésico de manera más intuitiva y sentir sensaciones de tacto y movimiento al mismo tiempo. Estos hallazgos son un paso importante para brindarles a las personas con amputación la restauración completa de la función natural del brazo, Paul Marasco, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Biomédica del Instituto de Investigación Cleveland Clinic Lerner Research Institute.

El sistema es el primero en probar las tres funciones sensoriales y motoras en una interfaz neuronal-máquina a la vez en un brazo protésico. La interfaz neuronal-máquina se conecta con los nervios de las extremidades del usuario. Permite a los pacientes enviar impulsos nerviosos desde su cerebro a la prótesis cuando quieren usarla o moverla, además de recibir información física del entorno y transmitirla a su cerebro a través de sus nervios.

“La retroalimentación y el control bidireccional del brazo artificial permitieron a los participantes del estudio realizar tareas con un grado de precisión similar al de las personas no discapacitadas. Con la nueva rama biónica, las personas se comportaron como si tuvieran una mano natural”, señala el Dr. Marasco quien dirige el Laboratorio de Integración Biónica. También, señala que normalmente estos comportamientos cerebrales son muy diferentes entre las personas con y sin prótesis de miembros superiores.

Los investigadores también probaron su nueva extremidad biónica en dos participantes del estudio con amputaciones de extremidades superiores que previamente se habían sometido a un restablecimiento de la función nerviosa en la parte que se ha perdido, a este procedimiento también se lo conoce como: reinervación. El restablecimiento motora y sensorial dirigido a pacientes con amputaciones en los brazos son procedimientos que establecen una interfaz neural-máquina al redirigir los nervios amputados a la piel y los músculos restantes.

En la reinervación sensorial dirigida, tocar la piel con pequeños robots activa receptores sensoriales que permiten a los pacientes percibir la sensación del tacto. En esta, cuando los pacientes piensan en mover sus extremidades, los músculos reinervados se comunican con una prótesis computarizada para moverse de la misma manera. Además, pequeños y poderosos robots hacen vibrar receptores sensoriales kinestésicos en esos mismos músculos, lo que ayuda a los usuarios de prótesis a sentir que su mano y brazo se mueven.

Mientras usaban la prótesis avanzada, los participantes realizaron tareas que reflejaban los comportamientos cotidianos básicos que requieren la funcionalidad de las manos y los brazos. Con sus herramientas de evaluación avanzadas recientemente desarrolladas, los investigadores evaluaron el rendimiento con la extremidad biónica en comparación con el de las personas sin discapacidad y las personas con amputaciones que tienen dispositivos protésicos tradicionales. También compararon cómo les fue a las personas con la prótesis avanzada cuando las tres modalidades sensoriales y motoras se habilitaron juntas versus individualmente.

Según el Dr. Marasco, debido a que las personas con prótesis tradicionales no pueden sentir con sus extremidades, se comportan de manera diferente a las personas sin una amputación mientras realizan tareas de la vida diaria. Por ejemplo, los usuarios de prótesis tradicionales deben vigilar constantemente su prótesis mientras la usan y tienen problemas para aprender a corregir los errores cuando aplican demasiada o poca fuerza con la mano.

Resultados

Con el nuevo brazo artificial y las herramientas de evaluación avanzadas, los investigadores pudieron ver que el cerebro y las estrategias de comportamiento de los participantes del estudio cambiaron para igualar con los de una persona sin amputación. Ya no necesitaban mirar su prótesis, podían encontrar cosas sin mirar y podían corregir sus errores de manera más efectiva.

Durante la última década o dos, los avances en prótesis han ayudado a los usuarios a lograr una mejor funcionalidad y manejar la vida diaria por sí mismos. Por primera vez, las personas con amputaciones de miembros superiores ahora pueden volver a ‘pensar’ como una persona sin discapacidad, lo que ofrece a los usuarios de prótesis nuevos niveles de reintegración sin problemas en la vida diaria, afirma XX

Más allá de este estudio, las nuevas mediciones de resultados relacionadas con el comportamiento y la funcionalidad del cerebro que el equipo internacional desarrolló para evaluar el sistema biónico se pueden aplicar a cualquier prótesis o déficit de miembro superior que involucre sensación y movimiento.

Acerca de Cleveland Clinic

Cleveland Clinic – ahora en su año centenario – es un centro médico académico multiespecial sin fines de lucro que integra la atención clínica y hospitalaria con la investigación y la educación. Ubicado en Cleveland, Ohio, fue fundada en 1921 por cuatro médicos de renombre con la visión de proporcionar una atención excepcional del paciente, basada en los principios de cooperación, compasión e innovación. Cleveland Clinic ha sido pionera en muchos avances médicos, incluyendo la cirugía de bypass de arteria coronaria y el primer trasplante de cara en los Estados Unidos. U.S. News & World Report nombra constantemente a Cleveland Clinic como uno de los mejores hospitales del país en su encuesta anual "America's Best Hospitals". Entre los 70.800 empleados de Cleveland Clinic en todo el mundo hay más de 4.660 médicos e investigadores asalariados, y 18.500 enfermeras registradas y proveedores de práctica avanzada, lo que representa 140 especialidades médicas y subespecialidades. Cleveland Clinic es un sistema de salud de 6,500 camas que incluye un campus principal de 173 acres cerca del centro de Cleveland, 19 hospitales, más de 220 instalaciones ambulatorias y ubicaciones en el sureste de Florida; Las Vegas, Nevada; Toronto, Canadá; Abu Dabi, Emiratos Árabes Unidos; y Londres, Inglaterra. En 2020, hubo 8,7 millones de visitas ambulatorias totales, 273.000 ingresos hospitalarios y observaciones, y 217.000 casos quirúrgicos en todo el sistema de salud de la Clínica Cleveland.