Un impianto utilizza l'apprendimento automatico per dare agli amputati il ​​controllo sulle mani protesiche

Joe Hamilton, un partecipante allo studio RPNI dell'Università del Michigan, usa la sua mente per controllare una mano protesica DEKA per raccogliere un piccolo blocco Evan Dougherty | Ingegneria dell'Università del Michigan

I ricercatori hanno lavorato per rendere le protesi a controllo mentale una realtà per almeno un decennio. In teoria, una mano artificiale che gli amputati potrebbero controllare con la mente potrebbe ripristinare la loro capacità di svolgere tutti i tipi di attività quotidiane e migliorare notevolmente il loro tenore di vita.

Tuttavia, fino ad ora gli scienziati hanno dovuto affrontare una barriera importante: non sono stati in grado di accedere a segnali nervosi sufficientemente forti o stabili da essere inviati all'arto bionico. Sebbene sia possibile ottenere questo tipo di segnale utilizzando un'interfaccia cervello-macchina, la procedura per impiantarne una è invasiva e costosa. E i segnali nervosi trasportati dai nervi periferici che fuoriescono a ventaglio dal cervello e dal midollo spinale sono troppo piccoli.

Un nuovo impianto risolve questo problema utilizzando l'apprendimento automatico per amplificare questi segnali. Uno studio, pubblicato in Scienza Medicina traslazionale oggi, ha scoperto che ha funzionato per quattro amputati per quasi un anno. Ha dato loro un ottimo controllo delle loro mani protesiche e ha permesso loro di raccogliere mattoncini da gioco in miniatura, afferrare oggetti come lattine di bibite e giocare a Sasso, Carta, Forbici.

È la prima volta che i ricercatori registrano segnali in millivolt da un nervo, molto più forti di qualsiasi studio precedente.

La forza di questo segnale ha permesso ai ricercatori di addestrare algoritmi per tradurli in movimenti. La prima volta che l'abbiamo acceso, ha funzionato immediatamente, afferma Paul Cederna, professore di biomeccanica all'Università del Michigan, che ha co-diretto lo studio . Non c'era spazio tra pensiero e movimento.

La procedura per l'impianto richiede che uno dei nervi periferici dell'amputato venga tagliato e ricucito al muscolo. Il sito guarisce, sviluppando nervi e vasi sanguigni in tre mesi. Gli elettrodi vengono quindi impiantati in questi siti, consentendo di registrare un segnale nervoso e trasmetterlo a una mano protesica in tempo reale. I segnali vengono trasformati in movimenti utilizzando algoritmi di apprendimento automatico (gli stessi tipi utilizzati per le interfacce cervello-macchina).

Gli amputati che indossavano la mano protesica erano in grado di controllare ogni singolo dito e ruotare i pollici, indipendentemente da quanto recentemente avevano perso l'arto. I loro segnali nervosi sono stati registrati per alcuni minuti per calibrare gli algoritmi sui loro segnali individuali, ma dopo di che ogni impianto ha funzionato immediatamente, senza bisogno di ricalibrare durante i 300 giorni di test, secondo la co-leader dello studio Cynthia Chestek, un'associata professore di ingegneria biomedica all'Università del Michigan.

È solo uno studio proof-of-concept, quindi richiede ulteriori test per convalidare i risultati. I ricercatori stanno reclutando amputati per una sperimentazione clinica in corso, finanziata dalla DARPA e dal National Institutes of Health.

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