L'amore nelle protesi

Le lucertole possono rigenerarsi dopo aver perso la coda e i granchi possono rigenerarsi dopo aver perso i piedi, ma rispetto a questi animali apparentemente "primitivi", gli umani hanno perso molta della capacità di rigenerarsi nel corso dell'evoluzione. La capacità di rigenerare gli arti negli adulti è quasi nulla, ad eccezione dei bambini che possono rigenerarsi quando perdono la punta delle dita. Di conseguenza, la qualità della vita di coloro che perdono gli arti a causa di incidenti o malattie può essere notevolmente compromessa e trovare un sostituto biologico è stata un'opzione importante per i medici per migliorare la vita degli amputati.

Fin dall'antico Egitto, ci sono state registrazioni di arti artificiali. In "The Sign of the Four" di Conan Doyle, c'è anche una descrizione di un assassino che usa arti protesici per uccidere le persone.

Tali protesi, tuttavia, forniscono un supporto semplice ma è improbabile che migliorino significativamente l'esperienza di vita di un amputato. Una buona protesi dovrebbe essere in grado di inviare segnali in entrambe le direzioni: da un lato, il paziente può controllare autonomamente la protesi; D'altra parte, un arto protesico dovrebbe essere in grado di inviare sensazioni alla corteccia sensoriale del cervello del paziente, proprio come un arto naturale dotato di nervi, dando loro il senso del tatto.

Precedenti studi si sono concentrati sulla decodifica dei codici cerebrali per consentire ai soggetti (scimmie e umani) di controllare le braccia robotiche con le loro menti. Ma è anche importante dare un senso alla protesi. Un processo apparentemente semplice come l'afferrare comporta un feedback complesso, poiché inconsciamente regoliamo la forza delle nostre dita in base a come si sentono le nostre mani, in modo da non far scivolare via le cose o non pizzicarle troppo forte. In precedenza, i pazienti con mani protesiche dovevano fare affidamento sui propri occhi per determinare la forza degli oggetti. Ci vuole molta attenzione ed energia per fare cose che possiamo fare al volo, ma anche in questo caso spesso rompono le cose.

Nel 2011, la Duke University ha condotto una serie di esperimenti sulle scimmie. Hanno fatto usare le loro menti alle scimmie per manipolare braccia robotiche virtuali per afferrare oggetti di materiali diversi. Il braccio virtuale ha inviato segnali diversi al cervello della scimmia quando ha incontrato materiali diversi. Dopo l'addestramento, le scimmie sono state in grado di scegliere correttamente un particolare materiale e ricevere una ricompensa in cibo. Non solo questa è una dimostrazione preliminare della possibilità di dare alle protesi un senso del tatto, ma suggerisce anche che le scimmie possono integrare i segnali tattili inviati dal cervello della protesi con i segnali di controllo motorio inviati dal cervello alla protesi, fornendo una piena gamma di feedback dal tocco alla sensazione alla selezione del braccio di controllo in base alla sensazione.

L'esperimento, sebbene buono, era puramente neurobiologico e non coinvolgeva un vero arto protesico. E per farlo, devi combinare neurobiologia e ingegneria elettrica. A gennaio e febbraio di quest'anno, due università in Svizzera e negli Stati Uniti hanno pubblicato articoli in modo indipendente utilizzando lo stesso metodo per collegare protesi sensoriali a pazienti sperimentali.

A febbraio, scienziati dell'Ecole Polytechnique di Losanna, in Svizzera, e di altre istituzioni, hanno riportato la loro ricerca in un articolo pubblicato su Science Translational Medicine. Hanno dato un soggetto di 36 anni, Dennis Aabo S? Rensen, con 20 siti sensoriali nella mano robotica che producono sensazioni diverse.

L'intero processo è complicato. In primo luogo, i medici dell'ospedale Gimili di Roma hanno impiantato elettrodi nei due nervi del braccio di Sorensen, il nervo mediano e l'ulnare. Il nervo ulnare controlla il mignolo, mentre il nervo mediano controlla l'indice e il pollice. Dopo l'impianto degli elettrodi, i medici hanno stimolato artificialmente i nervi mediano e ulnare di Sorensen, dandogli qualcosa che non sentiva da molto tempo: sentiva muoversi la mano mancante. Il che significa che non c'è niente di sbagliato nel sistema nervoso di Sorensen.

Gli scienziati dell'Ecol Polytechnique di Losanna hanno quindi collegato sensori alla mano robotica in grado di inviare segnali elettrici in base a condizioni come la pressione. Infine, i ricercatori hanno collegato il braccio robotico al braccio reciso di Sorensen. I sensori nella mano robotica prendono il posto dei neuroni sensoriali nella mano umana e gli elettrodi inseriti nei nervi sostituiscono i nervi che possono trasmettere segnali elettrici nel braccio perso.

Dopo aver impostato ed eseguito il debug dell'attrezzatura, i ricercatori hanno condotto una serie di test. Per evitare altre distrazioni, hanno bendato Sorensen, gli hanno coperto le orecchie e gli hanno permesso di toccare solo con la mano robotica. Hanno scoperto che Sorensen poteva non solo giudicare la durezza e la forma degli oggetti che toccava, ma anche distinguere tra materiali diversi, come oggetti di legno e stoffa. Inoltre, il manipolatore e il cervello di Sorensen sono ben coordinati e reattivi. Così può regolare rapidamente la sua forza quando prende qualcosa e mantenerla ferma. "Mi ha sorpreso perché all'improvviso ho potuto provare qualcosa che non avevo sentito negli ultimi nove anni", ha detto Sorensen in un video fornito dall'Ecole Polytechnique di Losanna. "Quando ho mosso il braccio, potevo sentire cosa stavo facendo invece di guardare cosa stavo facendo."

Uno studio simile è stato condotto presso la Case Western Reserve University negli Stati Uniti. Il loro soggetto era Igor Spetic, 48 anni, di Madison, Ohio. Ha perso la mano destra quando un martello gli è caduto addosso mentre realizzava parti in alluminio per motori a reazione.

La tecnica utilizzata dai ricercatori della Case Western Reserve University è più o meno la stessa della tecnica utilizzata presso l'ECOLE Polytechnique di Losanna, con una differenza importante. Gli elettrodi utilizzati all'Ecole Polytechnique di Losanna hanno perforato i neuroni del braccio di Sorensen nell'assone; Gli elettrodi della Case Western Reserve University non penetrano nel neurone, ma circondano la sua superficie. Il primo può produrre segnali più precisi, dando ai pazienti sensazioni più complesse e sfumate.

Ma farlo comporta potenziali rischi sia per gli elettrodi che per i neuroni. Alcuni scienziati temono che gli elettrodi invasivi possano causare effetti collaterali cronici sui neuroni e che gli elettrodi siano meno durevoli. Tuttavia, i ricercatori di entrambe le istituzioni sono fiduciosi di poter superare i punti deboli del loro approccio. Lo Spiderdick produce anche un senso di separazione abbastanza preciso da carta vetrata, batuffoli di cotone e capelli. I ricercatori dell'Ecole Polytechnique di Losanna, tuttavia, si sono detti fiduciosi della durata e della stabilità del loro elettrodo invasivo, che è durato tra i nove ei 12 mesi nei ratti.

Tuttavia, è troppo presto per mettere questa ricerca sul mercato. Oltre alla durata e alla sicurezza, la praticità delle protesi sensoriali è ancora lontana dall'essere sufficiente. Sorenson e Specdick sono rimasti in laboratorio mentre le protesi venivano montate. Le loro mani, con un sacco di fili e gadget, non assomigliano per niente agli arti bionici della fantascienza. Silvestro Micera, professore all'Ecole Polytechnique di Losanna che ha lavorato allo studio, ha detto che ci sarebbero voluti diversi anni prima che le prime protesi sensoriali, che sembrano proprio quelle normali, potessero lasciare il laboratorio.

"Sono entusiasta di vedere cosa stanno facendo. Spero che aiuti gli altri. So che la scienza richiede molto tempo. Se non posso usarla ora, ma la prossima persona può, è fantastico".

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Tempo di posta: 14 agosto-2021