Gli ingegneri creano un braccio bionico che ripristina comportamenti naturali nei pazienti

I ricercatori della Cleveland Clinic hanno progettato un nuovo braccio bionico che ripristina comportamenti naturali nei pazienti con amputazioni di arti superiori. La tecnologia è la prima del suo genere e la ricerca è stata pubblicata su Science Robotics.

Il team di ricerca internazionale ha combinato tre funzioni importanti nel sistema bionico: controllo motorio intuitivo, tatto e cinestesia della presa. L’ultima delle tre è la sensazione di apertura e chiusura della mano.

Il team, guidato dalla Cleveland Clinic, includeva anche ricercatori dell’Università di Alberta e dell’Università del Nuovo Brunswick.

Paul Marasco, Ph.D, è il ricercatore principale e professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica dell’Istituto di Ricerca Lerner della Cleveland Clinic.

“Abbiamo modificato una protesi standard con questo complesso sistema bionico che consente ai portatori di muovere la loro protesi più intuitivamente e sentire sensazioni di tatto e movimento allo stesso tempo”, ha dichiarato il dottor Marasco. “Questi risultati rappresentano un importante passo verso la fornitura di persone con amputazioni con la completa ripristino della funzione naturale del braccio.”

Il sistema bionico

Il nuovo sistema sviluppato è il primo a testare tutte e tre le funzioni sensoriali e motorie contemporaneamente in un’interfaccia neurale-macchina in un braccio protesico. L’interfaccia neurale-macchina è in grado di connettersi con i nervi dell’arto del portatore e consente ai pazienti di inviare impulsi nervosi dal cervello alla protesi. Possono anche ricevere informazioni fisiche dall’ambiente, che possono essere inviate al loro cervello attraverso i loro nervi.

Il braccio artificiale ha un feedback e un controllo bidirezionale, e questo è ciò che consente ai portatori di eseguire determinati compiti allo stesso livello degli individui non disabili.

Il dottor Marasco guida il Laboratorio per l’integrazione bionica.

“Forse ciò che abbiamo appreso con maggiore entusiasmo è che hanno preso decisioni, hanno calcolato e corretto gli errori come una persona senza amputazione”, ha dichiarato il dottor Marasco. “Con il nuovo arto bionico, le persone si sono comportate come se avessero una mano naturale. Normalmente, questi comportamenti cerebrali sono molto diversi tra le persone con e senza protesi di arti superiori.”

Test del braccio bionico

Il braccio bionico è stato testato su due partecipanti allo studio con amputazioni di arti superiori. Gli individui avevano precedentemente subito una reinnervazione sensoriale e motoria mirata, che reindirizza i nervi amputati alla pelle e ai muscoli rimanenti per stabilire un’interfaccia neurale-macchina.

I ricercatori devono ora ampliare il lavoro poiché la dimensione dello studio era così piccola.

I partecipanti hanno indossato la protesi avanzata mentre eseguivano compiti che riflettevano comportamenti di base, o quelli che richiedono funzionalità di mano e braccio. I ricercatori hanno quindi valutato le prestazioni attraverso strumenti di valutazione avanzati e hanno scoperto che le strategie cerebrali e comportamentali dei partecipanti sono cambiate. Erano quindi allo stesso livello di quelle di un individuo senza amputazione.

I partecipanti sono stati in grado di eseguire comportamenti senza dover guardare la protesi e sono stati in grado di correggere più efficacemente gli errori.

“Negli ultimi dieci o vent’anni, i progressi nelle protesi hanno aiutato i portatori a raggiungere una migliore funzionalità e a gestire la vita quotidiana in modo autonomo”, ha dichiarato il dottor Marasco. “Per la prima volta, le persone con amputazioni di arti superiori sono ora in grado di ‘pensare’ di nuovo come una persona con arti integri, il che offre ai portatori di protesi nuovi livelli di reintegrazione senza soluzione di continuità nella vita quotidiana.”