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Una mano artificiale con sentimenti reali
Una nuova interfaccia nervosa dà il senso del tatto a un arto protesico. 18 febbraio 2014
La mano di Igor Spetic era chiusa in un pugno quando è stata recisa da un martello forgiatore tre anni fa mentre realizzava una parte di getto di alluminio nel suo lavoro. Per mesi dopo, sentì un arto fantasma ancora serrato e palpitante per il dolore. Alcuni giorni sembrava proprio come quando si è infortunato, ricorda.
Igor Spetic ha perso la mano in un incidente sul lavoro. Ora è una delle prime persone a riacquistare sensazioni realistiche delle dita grazie alle interfacce nervose (sotto) impiantate nel braccio.
Ben presto ricevette una protesi. Ma per gli amputati come Spetic, questi sono più strumenti che arti. Poiché le protesi non possono trasmettere sensazioni, le persone che le indossano non possono sentire quando hanno fatto cadere o schiacciato qualcosa. Ora Spetic, 48 anni, sta recuperando parte delle sue sensazioni attraverso elettrodi che sono stati collegati ai nervi residui nel suo braccio. Spetic è una delle due persone in un primo processo che lo porta dalla sua casa a Madison, Ohio, al Cleveland Veterans Affairs Medical Center. In un laboratorio nel seminterrato, la sua mano protesica è dotata di sensori di forza collegati a 20 fili che sporgono dal suo braccio destro superiore. Questi portano a tre interfacce impiantate chirurgicamente, lunghe sette millimetri, con fino a otto elettrodi ciascuno racchiusi in un polimero, che circondano tre nervi principali nell'avambraccio di Spetic.
Questa storia faceva parte del nostro numero di marzo 2014
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Su un tavolo, una scatola bianca anonima di elettronica personalizzata svolge un lavoro cruciale: tradurre le informazioni dai sensori sulla protesi di Spetic in una serie di impulsi elettrici che le interfacce possono tradurre in sensazioni. Questa tecnologia è in lavorazione da 20 anni, afferma il leader della sperimentazione, Dustin Tyler, professore di ingegneria biomedica presso la Case Western Reserve University ed esperto di interfacce neurali.
A sinistra: per valutare il suo feedback sensoriale, raccoglie dei blocchi fissati al tavolo con dei magneti.
A destra: con la sensazione ripristinata, può raccogliere ciliegie e rimuovere i gambi il 93 percento delle volte senza schiacciare, anche con gli occhi bendati.
A febbraio, gli impianti erano stati inseriti e avevano funzionato bene nei test per più di un anno e mezzo. Il gruppo di Tyler, attingendo ad anni di ricerca neuroscientifica sui meccanismi di segnalazione che sono alla base della sensazione, ha sviluppato una libreria di modelli di impulsi elettrici da inviare ai nervi del braccio, di varia intensità e tempistica. Spetic afferma che questi diversi modelli di stimolo producono sensazioni distinte e realistiche in 20 punti sulla mano e sulle dita protesiche. Le sensazioni includono premere su un cuscinetto a sfera, premere sulla punta di una penna, sfiorare un batuffolo di cotone e toccare la carta vetrata, dice. Un effetto collaterale sorprendente: il primo giorno di test, dice Spetic, il suo pugno fantasma si sentiva aperto e dopo diversi mesi il dolore fantasma era sparito al 95%.
In questo giorno, Spetic affronta una semplice sfida: vedere se riesce a sentire un blocco di schiuma. Indossa una benda e le cuffie antirumore (per assicurarsi che faccia affidamento solo sul suo senso del tatto), quindi un postdoc tiene il blocco all'interno della sua mano protesica spalancata e gli dà un colpetto sulla spalla. Spetic chiude la sua protesi, un compito reso possibile dalle interfacce commerciali esistenti con i muscoli residui del braccio, e comunica nel momento in cui tocca il blocco: successo.
Sebbene i risultati siano promettenti, la ricerca che coinvolge gli impianti chirurgici richiede molto tempo. Il completamento dello studio pilota, il perfezionamento dei metodi di stimolazione e l'avvio di studi clinici completi richiederanno probabilmente 10 anni. Tyler sta anche finendo lo sviluppo di un dispositivo elettronico impiantabile per fornire stimoli, quindi questo non è solo su una panchina in un laboratorio, ma alla fine entra in casa, dice. E sta lavorando con i produttori di protesi per integrare i sensori di forza e la tecnologia di elaborazione della forza direttamente nelle versioni future dei dispositivi.
A sinistra: le scatole di controllo inviano segnali agli elettrodi che circondano i nervi nel braccio di Spetic, producendo sensazioni tattili.
A destra: questo dispositivo potrebbe eventualmente essere impiantato nel suo braccio, sostituendo l'attrezzatura di laboratorio per fornire segnali. I sensori di forza e la tecnologia di elaborazione potrebbero essere integrati nei futuri dispositivi protesici.
Le interfacce nervose sono impiantate nel braccio.
Quando i test sono finiti e l'attrezzatura è scollegata, la visita sensoriale di Spetic con la sua mano persa termina bruscamente. Dice che è fortunato a conoscere queste persone e a farne parte. Ma non può fare a meno di pensare malinconicamente a cosa potrebbe portare il futuro. Sarebbe bello sapere che posso prendere un oggetto senza doverlo guardare, oppure posso tenere la mano di mia moglie e camminare per strada, sapendo che la tengo stretta, dice, mentre si mette il cappotto e ricomincia a casa. Forse tutto questo aiuterà la prossima persona.
Guarda il video: Ripristinare il senso del tatto negli amputati