Un braccio protesico realistico

Le persone che hanno perso un braccio non hanno tradizionalmente molte speranze di recuperare una funzione significativa. Le braccia protesiche sono state controllate in modo rudimentale, trasformando i movimenti residui della spalla oi segnali muscolari nei comandi di movimento più semplici. Queste armi artificiali non possono fare due cose contemporaneamente, tanto meno tre o quattro. Gli amputati spesso li buttano nell'armadio per pura frustrazione, in qualche modo punto dal fatto che gli amputati alle gambe hanno a disposizione prodotti di gran lunga migliori.

Un braccio bionico: Dopo aver subito una nuova procedura chirurgica, Claudia Mitchell può controllare un braccio protesico proprio come una volta controllava il suo vero braccio, eseguendo movimenti complessi come raccogliere piccoli oggetti e farli cadere in una tazza.

Ma la situazione sta iniziando a cambiare, grazie a un team guidato da Todd Kuiken, direttore del Rehabilitation Institute of Chicago's Center for Bionic Medicine. Kuiken ha sviluppato una nuova tecnica chirurgica che, se abbinata sia ai bracci protesici motorizzati già sul mercato che ai bracci bionici sperimentali sviluppati attraverso un programma della Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), offre agli amputati un notevole grado di destrezza. Claudia Mitchell, che ha perso il braccio in un incidente di moto nel 2004, ricorda di aver indossato una protesi dopo aver subito la procedura di Kuiken e averla vista funzionare per la prima volta: Non potevi cancellare quel sorriso dalla mia faccia. Ora posso stirare di nuovo una camicia come non sono affari di nessuno. Mitchell è diventato un successo alle feste. La gente non può credere a come funziona questa cosa, dice. Vogliono vedermi fare delle cose con esso.

Questa storia faceva parte del nostro numero di maggio 2009

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Il dispositivo viene attivato dai comandi dei nervi del braccio sopravvissuti che sono stati trapiantati e ricablati ai muscoli altrove, in genere, come nel caso di Mitchell, nel torace. I nervi inviano segnali elettrici per controllare il braccio protesico, con risultati così naturali che gli osservatori spesso non si rendono conto che il braccio è bionico finché non ascoltano attentamente il ronzio dei motori. Chiamata reinnervazione muscolare mirata, la procedura è unica perché consente un controllo intuitivo sull'arto robotico. Dopo circa sei mesi di guarigione, i pazienti possono muovere il braccio semplicemente pensando a cosa vogliono che faccia, proprio come facevano una volta con le loro braccia reali. Dì a Mitchell di piegare il braccio e i muscoli del suo petto sussultano istantaneamente: uno spettacolo molto particolare. Ma non sta pensando di muovere i muscoli del petto. Piuttosto, sta pensando di piegare il braccio, e quel pensiero muove i muscoli del torace per far sì che il braccio robotico esegua i suoi ordini.

Kuiken ha recentemente pubblicato promettenti risultati dei test nel Giornale dell'Associazione Medica Americana , mostrando che cinque pazienti a cui era stato detto di eseguire 10 diversi movimenti del braccio con una protesi virtuale potevano farlo quasi altrettanto prontamente dei non amputati in un gruppo di controllo: il loro tempo di risposta era inferiore a un quarto di secondo in più. (La protesi virtuale consente agli scienziati di capire più facilmente la velocità e il livello di controllo che possono essere ottenuti dai segnali muscolari. I ricercatori hanno eseguito esperimenti simili con bracci meccanici.) In un editoriale di accompagnamento, l'ingegnere biomedico pionieristico Gerald Loeb ha scritto, La velocità come così come la precisione dei movimenti rappresentano miglioramenti sostanziali rispetto ai sistemi precedenti. Ancora più importante, tuttavia, è la facilità con cui i pazienti hanno imparato a svolgere compiti che richiedono un movimento coordinato in più di un'articolazione. Ha concluso: Con l'aumento delle capacità funzionali, i pazienti con amputazioni degli arti superiori possono trarre un beneficio eccezionale dalle braccia protesiche, proprio come legioni di pazienti con amputazioni degli arti inferiori ora conducono una vita notevolmente normale e persino atletica. (Le protesi per le gambe sono state più avanti nello sviluppo perché c'è un mercato più grande per loro: il 90% degli amputati ha perso gli arti inferiori. Inoltre, le gambe non richiedono la stessa destrezza delle braccia.)

Il viaggio dalla consultazione iniziale a Chicago alla piena funzionalità, ad esempio la capacità di tagliare un limone con la mano protesica mentre lo si tiene con una mano naturale, spesso richiede un anno o più. I pazienti vengono prima sottoposti a un intervento chirurgico di due ore eseguito da Greg Dumanian, un chirurgo plastico e della mano di Chicago che ha lavorato a stretto contatto con Kuiken nello sviluppo della procedura. Dumanian identifica la porzione superstite dei nervi che in precedenza conduceva segnali elettrici dal midollo spinale all'arto perduto; poi li trasferisce ai muscoli del torace o della parte superiore del braccio. Il nervo che normalmente farebbe scattare la chiusura della mano potrebbe essere trasferito a una parte del muscolo toracico, per esempio. (La procedura esatta varia in base alle lesioni del paziente.) Quando il braccio robotico è in posizione, un elettrodo sul torace rileva le contrazioni in questo muscolo e invia il segnale alla protesi. La protesi è programmata per interpretare quel segnale come un comando per chiudere la mano e l'azione avviene in genere meno di mezzo secondo dopo che il muscolo toracico si è mosso.

I bracci bionici sperimentali sono anche programmati con algoritmi di riconoscimento di pattern per decifrare la rapida serie di segnali nervosi che governano i movimenti della mano e del polso. Gli oltre 30 pazienti che hanno avuto la procedura riferiscono di essere facilmente in grado di affettare peperoncini piccanti, aprire un sacchetto di farina, indossare una cintura, utilizzare un metro a nastro o rimuovere una nuova pallina da tennis da un contenitore.

Tra i diversi approcci sperimentali per migliorare le braccia protesiche, compreso il trasferimento di nervi direttamente a una protesi e la decodifica dei segnali di movimento direttamente dal cervello, la tecnica di Kuiken è quella che ha fatto i maggiori progressi. Il primo deve ancora essere testato sugli esseri umani e il secondo è attualmente considerato troppo pericoloso per la maggior parte dei pazienti, poiché richiede un intervento chirurgico al cervello. Kuiken afferma di considerare la reinnervazione mirata come un modo più rapido e pratico per ripristinare funzioni cruciali. (Il suo approccio non aiuterà i tetraplegici, tuttavia, perché i nervi devono essere intatti affinché la procedura funzioni.) Finora, la procedura viene eseguita solo nel centro di riabilitazione di Kuiken; negli studi in corso, il centro lo offre a qualsiasi paziente per il quale sia ritenuto appropriato dal punto di vista medico.

Per quanto avanzata, alla protesi sperimentale manca ancora una funzione importante: la sensazione. Se Mitchell avesse messo la sua mano bionica su una padella calda, non avrebbe avuto modo di conoscerne la temperatura. Dare delle capacità sensoriali protesiche simili a quelle di un arto reale è più complicato che ripristinare il movimento. Ma non è impossibile. Mentre la procedura di Kuiken si concentra sul movimento dei nervi motori, che conducono i segnali nervosi dal cervello ai muscoli, sembra che anche i nervi sensoriali, che trasportano i segnali dalla pelle al cervello, siano interessati. I pazienti, incluso Mitchell, hanno riferito che quando vengono toccate alcune aree dei muscoli del torace ricablati, si sentono come se si stesse toccando la mano mancante. Metti un cubetto di ghiaccio sul petto e una mano fantasma si raffredda.

Kuiken, Loeb e altri stanno studiando i modi in cui il braccio bionico può utilizzare queste informazioni sensoriali. Per cominciare, avranno bisogno di sensori in grado di resistere bene all'umidità, al calore e ad altre eventualità fisiche della vita quotidiana. Dovranno quindi fornire tali informazioni sensoriali a chi lo indossa.

Ma ciò che è chiaro ora è che per la prima volta è in vista un utile braccio protesico. Non stiamo cercando di creare una persona bionica in grado di saltare edifici alti e raccogliere auto, dice Kuiken. Stiamo cercando di creare qualcosa che ripristini una frazione dell'incredibile funzione, potenza ed efficienza di un arto umano. Per gli amputati del braccio come Claudia Mitchell, questo significa avere una possibilità che gli amputati delle gambe hanno avuto per anni.

Michael Rosenwald è uno scrittore dello staff del Washington Post .

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