Por primera vez, las personas con amputaciones de brazo pueden experimentar sensaciones de tacto en una prótesis de brazo controlada mentalmente que usan en la vida cotidiana. Un estudio en el New England Journal of Medicine informa sobre tres pacientes suecos que han vivido, durante varios años, con esta nueva tecnología, una de las interfaces más integradas del mundo entre humanos y máquinas.
El avance es único: los pacientes han usado una prótesis controlada mentalmente en su vida diaria durante hasta siete años. Durante los últimos años, también han vivido con una nueva función: sensaciones de tacto en la mano protésica. Este es un nuevo concepto para las extremidades artificiales, que se denominan prótesis neuromusculoesqueléticas, ya que están conectadas a los nervios, músculos y esqueleto del usuario.
La investigación fue dirigida por Max Ortiz Catalan, profesor asociado de la Universidad Tecnológica de Chalmers, en colaboración con el Hospital Universitario Sahlgrenska, la Universidad de Gotemburgo e Integrum AB, todos en Gotemburgo, Suecia. También participaron investigadores de la Universidad de Medicina de Viena en Austria y del Instituto de Tecnología de Massachusetts en los Estados Unidos.
"Nuestro estudio muestra que una mano protésica, unida al hueso y controlada por electrodos implantados en nervios y músculos, puede operar con mucha más precisión que las manos protésicas convencionales. Mejoramos aún más el uso de la prótesis al integrar la retroalimentación sensorial táctil que usan los pacientes para mediar qué tan difícil es agarrar o apretar un objeto. Con el tiempo, la capacidad de los pacientes para discernir cambios más pequeños en la intensidad de las sensaciones ha mejorado ", dice Max Ortiz Catalan.
"La contribución más importante de este estudio fue demostrar que este nuevo tipo de prótesis es un reemplazo clínicamente viable para un brazo perdido. No importa cuán sofisticada sea la interfaz neuronal, solo puede brindar un beneficio real a los pacientes si la conexión entre el paciente y la prótesis es segura y confiable a largo plazo. Nuestros resultados son el producto de muchos años de trabajo, y ahora finalmente podemos presentar la primera prótesis de brazo biónico que puede controlarse de manera confiable usando electrodos implantados, al tiempo que transmite sensaciones al usuario en la vida cotidiana ", continúa Max Ortiz catalán.
Desde que recibieron sus prótesis, los pacientes las han usado diariamente en todas sus actividades profesionales y personales.

El nuevo concepto de prótesis neuromusculoesquelética es único ya que ofrece varias características diferentes que no se han presentado juntas en ninguna otra tecnología protésica en el mundo: tiene una conexión directa con los nervios, músculos y esqueleto de una persona. Está controlado mentalmente y ofrece sensaciones que el usuario percibe como resultado de la mano que falta. Es autónomo; Todos los componentes electrónicos necesarios están contenidos dentro de la prótesis, por lo que los pacientes no necesitan llevar equipos o baterías adicionales. Es seguro y estable a largo plazo; La tecnología ha sido utilizada sin interrupción por los pacientes durante sus actividades cotidianas, sin la supervisión de los investigadores, y no se limita a entornos confinados o controlados. La parte más nueva de la tecnología, la sensación del tacto, es posible mediante la estimulación de los nervios. que solía estar conectado a la mano biológica antes de la amputación. Los sensores de fuerza ubicados en el pulgar de la prótesis miden el contacto y la presión aplicada a un objeto mientras se sujeta. Esta información se transmite a los nervios de los pacientes que conducen a sus cerebros. Así, los pacientes pueden sentir cuando tocan un objeto, sus características y cuán fuerte lo presionan, lo cual es crucial para imitar una mano biológica.
"Actualmente, los sensores no son el obstáculo para restaurar la sensación", dice Max Ortiz Catalan. "El desafío es crear interfaces neuronales que puedan transmitir sin problemas grandes cantidades de información recolectada artificialmente al sistema nervioso, de manera que el usuario pueda experimentar sensaciones de forma natural y sin esfuerzo".
La implantación de esta nueva tecnología tuvo lugar en el Hospital Universitario Sahlgrenska, dirigido por el profesor Rickard Brånemark y el doctor Paolo Sassu. Más de un millón de personas en todo el mundo sufren de pérdida de extremidades, y el objetivo final del equipo de investigación, en colaboración con Integrum AB, es desarrollar un producto ampliamente disponible adecuado para tantas personas como sea posible.
"En este momento, los pacientes en Suecia están participando en la validación clínica de esta nueva tecnología protésica para la amputación del brazo", dice Max Ortiz Catalan. "Esperamos que este sistema esté disponible fuera de Suecia dentro de un par de años, y también estamos haciendo progresos considerables con una tecnología similar para las prótesis de pierna, que planeamos implantar en un primer paciente a finales de este año".
Más sobre: ​​cómo funciona la tecnología

El sistema de implante para la prótesis de brazo se llama e-OPRA y se basa en el sistema de implante OPRA creado por Integrum AB. El sistema de implante ancla la prótesis al esqueleto en el muñón de la extremidad amputada, a través de un proceso llamado osteointegración (osseo = hueso). Los electrodos se implantan en los músculos y los nervios dentro del muñón de la amputación, y el sistema e-OPRA envía señales en ambas direcciones entre la prótesis y el cerebro, como en un brazo biológico.
La prótesis está controlada mentalmente, a través de las señales eléctricas de los músculos y los nervios enviadas a través del muñón del brazo y capturadas por los electrodos. Las señales pasan al implante, que atraviesa la piel y se conecta a la prótesis. Luego, las señales son interpretadas por un sistema de control integrado desarrollado por los investigadores. El sistema de control es lo suficientemente pequeño como para caber dentro de la prótesis y procesa las señales utilizando sofisticados algoritmos de inteligencia artificial, lo que resulta en señales de control para los movimientos de la mano protésica.
Las sensaciones táctiles surgen de sensores de fuerza en el pulgar protésico. El sistema de control de la prótesis convierte las señales de los sensores en señales eléctricas que se envían para estimular un nervio en el muñón del brazo. El nervio conduce al cerebro, que luego percibe los niveles de presión contra la mano.
El implante neuromusculoesquelético se puede conectar a cualquier prótesis de brazo disponible en el mercado, lo que les permite operar con mayor eficacia.
Más sobre: ​​cómo se experimenta la sensación artificial
Las personas que pierden un brazo o una pierna a menudo experimentan sensaciones fantasmas, como si la parte faltante del cuerpo permaneciera aunque no estuviera físicamente presente. Cuando los sensores de fuerza en el pulgar protésico reaccionan, los pacientes en el estudio sienten que la sensación proviene de su mano fantasma. Precisamente en qué parte de la mano fantasma varía entre pacientes, dependiendo de qué nervios del muñón reciben las señales. El nivel más bajo de presión se puede comparar con tocar la piel con la punta de un lápiz. A medida que aumenta la presión, la sensación se vuelve más fuerte y cada vez más "eléctrica".
Más sobre: ​​La investigación
El estudio actual se ocupó de pacientes con amputaciones por encima del codo, y esta tecnología está a punto de convertirse en un producto terminado. El equipo de investigación está trabajando en paralelo con un nuevo sistema para amputaciones debajo del codo. En esos casos, en lugar de un hueso grande (húmero), hay dos huesos más pequeños (radio y cúbito) en los que debe anclarse el implante. El grupo también está trabajando en la adaptación del sistema para prótesis de pierna.
Además de las aplicaciones dentro de las prótesis, la interfaz permanente entre humanos y máquinas proporciona oportunidades completamente nuevas para la investigación científica sobre cómo funcionan los sistemas muscular y nervioso humano.
El profesor asociado Max Ortiz Catalan dirige el Laboratorio de Biomecatrónica y Neurorrehabilitación de la Universidad Tecnológica de Chalmers y actualmente está estableciendo el nuevo Centro de Investigación de Biónica y Dolor en el Hospital Universitario de Sahlgrenska, en estrecha colaboración con Chalmers y la Universidad de Gotemburgo, donde este trabajo será más allá. desarrollado e implementado clínicamente.
La investigación ha sido financiada por la Fundación Promobilia, la Fundación de Investigación IngaBritt y Arne Lundbergs, la Región Västra Götaland (subvenciones ALF), Vinnova, el Consejo de Investigación de Suecia y el Consejo Europeo de Investigación.

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