La velocidad del movimiento también aumentó un 41 %, aunque todavía es necesario mejorar la tecnología para miniaturizarla y hacer más asequible
01 jul 2024 . Actualizado a las 18:47 h.Un objetivo de la ciencia para personas amputadas es que las prótesis puedan emular las prestaciones del miembro perdido. Una nueva interfaz neuroprotésica se acerca a ello con una pierna biónica que responde plenamente al sistema nervioso, lo que acelera la capacidad de marcha y un caminar más natural.
El nuevo sistema aumentó en un 41 % la velocidad de marcha de siete personas amputadas por debajo de la rodilla, en comparación con otras tantas que no lo llevaban, y mejoró su rendimiento en entornos reales como escaleras, pendientes y caminos con obstáculos.
La propiocepción es un sexto sentido que nos informa de la posición en el espacio de las partes de nuestro cuerpo. La nueva interfaz permite transmitir información de control neuronal a la prótesis y devuelve al usuario la sensación propioceptiva de esta, por lo que no se siente como algo ajeno y mejora la forma de regular el movimiento.
Así lo explicó en una rueda de prensa virtual el investigador Hugh Herr del Instituto Tecnológico de Massachusetts (Estados Unidos) y autor principal del estudio donde detalla el procedimiento que publica este lunes Nature Medicine.
Herr destacó que ningún estudio anterior ha podido demostrar «este nivel de control cerebral» sobre una prótesis lo que produce una marcha natural y a un ritmo similar al de una persona no amputada.
Para crear el movimiento de una extremidad en toda su amplitud, los músculos actúan en pares agonistas-antagonistas y transmiten señales propioceptivas al sistema nervioso central, lo que proporciona a la persona la conciencia de la posición y el movimiento.
La amputación quirúrgica de una extremidad provoca un deterioro considerable de la arquitectura neural-muscular en el lugar de la amputación, que altera la dinámica muscular y la propiocepción.
El equipo creó una interfaz que conectó quirúrgicamente pares musculares agonista-antagonista, cada uno con diversos electrodos de detección muscular y un pequeño ordenador que decodifica las señales.
Herr explicó que cuando el paciente piensa en mover su extremidad biónica siente que los músculos se mueven naturalmente como lo hacían cuando tenía la pierna intacta. «Aunque su extremidad esté hecha de titanio, silicona y todos esos componentes electromecánicos, esta se siente natural y se mueve de forma natural sin ni siquiera pensar en ello».
Todo el ciclo de la marcha y la dinámica de la prótesis biónica está controlada por el cerebro, que recibe información de los sensores no solo sobre la posición en el espacio, sino también la fuerza ejercida contra el suelo o la rigidez en función de la velocidad.
De hecho, cuando la persona mueve la prótesis «siente ese movimiento con una sensación de propiocepción natural», destacó el investigador.
El estudio se centró en las aferencias musculares propioceptivas, que surgen de receptores que hay en los músculos y articulaciones de todo el cuerpo, las cuales envían información al sistema nervioso central.
El también investigador del MIT y firmante del artículo Hyungeun Song destacó que con solo un 18 % de información neuronal biológica fue suficiente para restaurar el control de una marcha funcional, lo que consideró un «hallazgo científico significativo».
El cerebro es «tan adaptable» que basta con que reciba una pequeña cantidad de propiocepción para poder controlar una prótesis muy compleja, completó Herr. Estos resultados sugieren que, incluso el restablecimiento parcial de la señalización neuronal, puede ser suficiente para permitir mejoras clínicamente relevantes en la funcionalidad neuroprotésica.
Para futuros trabajos, los investigadores quieren sustituir los electrodos de la superficie de los músculos por pequeñas esferas magnéticas, que permitan seguir con mayor precisión la dinámica de los emparejamientos musculares para controlar mejor la prótesis.
El equipo tiene como objetivo conectar el sistema nervioso periférico con la electromecánica y las prótesis sintéticas porque «cuando se proporciona esa conexión neuronal, se produce una personificación. Cuando preguntas a la persona que utiliza la prótesis qué es su cuerpo, incluye la prótesis como parte del mismo».
El estudio publicado es, según Herr, «un paso decisivo, valga el juego de palabras, hacia ese objetivo a largo plazo del control neuronal total y la personificación».
Sin embargo, esta tecnología aún tiene que mejorar antes de que pueda ser comercializada. Así lo apunta Juan de los Reyes Aguilar, del Hospital Nacional de Parapléjicos, en una reacción recogida por SMC España. «Si bien el resultado supone una mejora para las funciones que pierden personas con una extremidad inferior amputada -explica-, el mecanismo que se debe implementar es más voluminoso, pesado y complejo que el de prótesis que sin sensores. Es posible que la apariencia excesivamente aparatosa de la prótesis activa pueda crear rechazo en su uso por parte de algunas personas, siendo las prótesis clásicas más fáciles de llevar y más integradas en la anatomía de la persona, permitiendo vestir con normalidad, etc. Los autores discuten este punto y consideran que quizás pueda suponer un límite al uso extendido de prótesis activas. Por tanto, una de las mejoras previsibles en el diseño de futuras prótesis activas requerirá de la miniaturización de la tecnología; podrá ayudar a reducir el peso y volumen de todo el mecanismo requerido para implantar los sensores y transmitir la información propioceptiva».
Permitir el control neuronal por parte de la persona que usa la extremidad es un paso hacia el objetivo del laboratorio de Herr de «reconstruir cuerpos humanos», en lugar de que las personas dependan de controladores y sensores robóticos cada vez más sofisticados: herramientas que son poderosas pero que no se sienten como parte del cuerpo del usuario.
«El problema de este enfoque a largo plazo es que el usuario nunca se sentiría encarnado con su prótesis. Nunca vería la prótesis como parte de su cuerpo, parte de sí mismo», afirma Herr. «El enfoque que estamos adoptando consiste en intentar conectar de forma integral el cerebro humano con la electromecánica», añade.