Investigadores del MIT han desarrollado un implante que integra la prótesis con los músculos del cuerpo para que el movimiento se sienta más preciso.
FUENTE:elespanol.com
AUTORA:Marta Sanz Romero
Hace años que la tecnología ha confiado en las capacidades de la inteligencia artificial, antes incluso de que naciera ChatGPT, para agilizar la integración de una prótesis robótica con el paciente. Sin embargo, investigadores del MIT han demostrado con este proyecto que pueden conseguir una fusión más real entre la persona y la extremidad mecánica gracias a una nueva tecnología y cirugía.
“Por muy sofisticados que sean los sistemas de IA de una prótesis robótica, el usuario la percibirá como una herramienta, como un dispositivo externo. Pero con este enfoque de integración tisular, al preguntarle al usuario humano qué es su cuerpo, cuanto más integrado esté, más probable será que diga que la prótesis forma parte de sí mismo”, afirma Hugh Herr, profesor de Artes y Ciencias de los Medios.
En vez de confiar gran parte del proceso a los algoritmos y los modelos de IA, el laboratorio de Herr ha decidido centrarse en la fusión de la máquina con el cuerpo y las señales biológicas. En los últimos años han centrado su trabajo en el desarrollo de nuevas prótesis que pueden extraer información neuronal de los músculos que quedan después de una amputación y usar esa información para guiar la prótesis robótica.
En las pruebas con pacientes, el equipo también tuvo en cuenta la movilidad de la pierna nueva en comparación con otros sujetos con prótesis tradicionales. Pero, también consultaron cómo se sentían con esta nueva parte de su cuerpo. A medida que avanzaba el estudio, los dos participantes con esta innovación completa OMP consideraban más la prótesis como una parte de su cuerpo.
“Una prótesis integrada en el tejido —anclada al hueso y controlada directamente por el sistema nervioso— no es simplemente un dispositivo inerte e independiente, sino un sistema cuidadosamente integrado en la fisiología humana, ofreciendo un mayor nivel de personificación protésica. No es simplemente una herramienta que el ser humano utiliza, sino una parte integral de su ser”, afirma Herr, principal autor del estudio científico publicado en la revista Science.
Conectando los músculos
Las amputaciones tradicionales seccionan los músculos de manera que después al sistema nervioso le cuesta enormemente detectar en qué posición se encuentran, estirados o contraídos, y la velocidad a la que se mueven.
Como solución, este equipo de investigadores ha desarrollado la interfaz mioneuronal agonista-antagonista (AMI). Consiste en reconectar los músculos pares para que sigan comunicándose entre ellos y generen señales eléctricas que puedan utilizarse para controlar la prótesis.
Paciente moviendo voluntariamente la pierna robótica del MIT Omicrono
Para comprender este proceso hay que recordar que los músculos trabajan en grupo, en pareja, haciendo la función de agonista o antagonista, según el movimiento que se vaya a realizar. Los músculos agonistas se contraen para provocar la fuerza necesaria para realizar una determinada acción, mientras que el músculo parejo antagonista realiza la acción contraria.
Al reconectarse estos grupos musculares dentro del muñón, la sensibilidad perdida en la amputación se recupera para poder facilitar la información que la prótesis necesita para realizar el movimiento preciso. En un estudio de 2024, los investigadores demostraron que las personas con amputaciones por debajo de la rodilla que recibieron la cirugía AMI pudieron caminar más rápido y sortear obstáculos de forma mucho más natural que las personas con amputaciones tradicionales a esa altura.
Este nuevo trabajo, aplica esta solución quirúrgica a los pacientes con amputaciones por encima de la rodilla. Buscaban crear un sistema que no solo pudiera leer las señales de los músculos mediante AMI, sino que también se integrara en el hueso, ofreciendo mayor estabilidad y una mejor retroalimentación sensorial.
Un nuevo implante
Para conseguir este resultado, en el lugar de la amputación se instala un implante que se compone, en primer lugar, de 16 cables con electrodos que recopilan información de los músculos en esas conexiones o interfaz AMI creadas durante la cirugía. Así se consigue una transducción más precisa de las señales provenientes de los músculos.
Implante unido a la prótesis robótica y las conexiones AMI Omicrono
En segundo lugar, los cables se conectan a una varilla de titanio insertada en el fémur residual. Asegura el MIT que este implante permite un mejor control mecánico y una mejor capacidad de carga que una prótesis tradicional.
Todo el conjunto, denominado e-OPRA, transmite señales AMI a un nuevo controlador robótica desarrollado específicamente para este estudio. Este se encarga de utilizar los datos del cuerpo recabados por e-OPRA para calcular el torque necesario con el que se debe mover la prótesis según las necesidades del usuario.
Pruebas con pacientes
Para comprobar la eficiencia de su invento, el equipo recurrió a dos pacientes que fueron operados con el sistema combinado AMI y e-OPRA, conocido como prótesis mecanoneural osteointegrada (OMP, en inglés). Se comparó a estos usuarios con ocho que se sometieron a la cirugía AMI, pero no al implante e-OPRA, y con siete usuarios que no se sometieron ni a AMI ni a e-OPRA.
Prótesis integrada físicamente del MIT
Todos los sujetos probaron por turnos una prótesis de rodilla motorizada experimental desarrollada por el laboratorio y durante los entrenamientos se midió la capacidad de los participantes para realizar diversos tipos de tareas, como flexionar la rodilla en un ángulo específico, subir escaleras y sortear obstáculos. En la mayoría de estas tareas, los usuarios del sistema OMP obtuvieron mejores resultados que el segundo grupo sin el implante e-OPRA, y mucho mejores que con amputación y prótesis tradicionales.
En su anuncio público, el MIT recoge la valoración de Michael Goldfarb, director del Centro de Mecatrónica Inteligente de la Universidad de Vanderbilt, quien no forma parte del proyecto: “Este artículo representa la materialización de una visión que la comunidad científica ha tenido durante mucho tiempo: la implementación y demostración de una pierna robótica totalmente integrada fisiológicamente y controlada voluntariamente”.
