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

I ricercatori della Cleveland Clinic hanno progettato un nuovo braccio bionico che ripristina i comportamenti naturali nei pazienti con amputazioni degli arti superiori. La tecnologia è la prima nel suo genere e la ricerca è stata pubblicata in Scienza Robotics.

Il team di ricerca internazionale ha combinato tre importanti funzioni nel sistema bionico: controllo motorio intuitivo, cinestesia tattile e di presa. L'ultima delle tre è la sensazione di aprire e chiudere la mano. 

Il team, guidato dalla Cleveland Clinic, comprendeva anche ricercatori dell'Università di Alberta e dell'Università del New Brunswick. 

Paul Marasco, Ph.D, è ricercatore capo e professore associato presso il Dipartimento di ingegneria biomedica del Cleveland Clinic Lerner Research Institute. 

"Abbiamo modificato una protesi standard con questo complesso sistema bionico che consente a chi lo indossa di muovere il braccio protesico in modo più intuitivo e di provare sensazioni tattili e di movimento allo stesso tempo", ha affermato il dott. Marasco. "Questi risultati sono un passo importante per fornire alle persone con amputazione il completo ripristino della funzione naturale del braccio".

Il sistema bionico

Il sistema di nuova concezione 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 degli arti di chi la indossa e consente ai pazienti di inviare impulsi nervosi dal cervello alla protesi. Possono anche ricevere informazioni fisiche dall'ambiente, che possono essere rimandate al loro cervello attraverso i loro nervi.

Il braccio artificiale ha feedback e controllo bidirezionali, e questo è ciò che consente a chi lo indossa di svolgere determinati compiti alla pari di individui non disabili. 

Il Dott. Marasco dirige il Laboratorio per l'Integrazione Bionica.

"Forse ciò che ci ha entusiasmato di più apprendere è stato che hanno espresso giudizi, decisioni, calcolato e corretto i propri errori come una persona senza amputazione", ha affermato il dott. 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 degli arti superiori”.

Testare il braccio bionico

Il braccio bionico è stato testato su due partecipanti allo studio con amputazioni degli arti superiori. Gli individui erano stati precedentemente sottoposti a reinnervazione sensoriale e motoria mirata, che reindirizza i nervi amputati alla pelle e ai muscoli rimanenti per stabilire un'interfaccia neurale-macchina. 

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

I partecipanti hanno indossato la protesi avanzata durante l'esecuzione di compiti che riflettevano comportamenti di base o quelli che richiedevano la funzionalità della mano e del braccio. I ricercatori hanno quindi valutato le prestazioni attraverso strumenti di valutazione avanzati e hanno scoperto che il cervello e le strategie comportamentali dei partecipanti sono cambiati. Erano quindi alla pari con quelli di un individuo senza amputazione. 

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

"Negli ultimi dieci o due anni, i progressi nelle protesi hanno aiutato i portatori a ottenere una migliore funzionalità e gestire la vita quotidiana da soli", ha affermato il dott. Marasco. "Per la prima volta, le persone con amputazioni degli arti superiori sono ora di nuovo in grado di 'pensare' come una persona normodotata, il che offre ai portatori di protesi nuovi livelli di reintegrazione senza soluzione di continuità nella vita quotidiana."