Prótesis: Desarrollan el sentido del tacto en pacientes amputadosMás allá de la recuperación mecánica de la extremidad superior, un equipo de investigadores de EE UU consigue dar «con la tecla» para dotar de sensibilidad el brazo protésico. Este sistema permite recuperar casi toda la funcionalidad de la mano –a falta de temperatura y dolor– y podría estar listo en un plazo de cinco a diez años para los pacientes
Recuperar
la movilidad de un brazo y una mano hoy no es un sueño imposible. Pero
esas yemas de los dedos echan de menos sentir la suavidad o la dureza
de las superficies. Desde hace unos tres años en EE UU trabajan con
ahínco en la consecución de este objetivo: devolver el sentido del tacto a los amputados a través de prótesis y recuperar la funcionalidad total de la mano.
La tarea no resulta sencilla, a priori, ya que se necesita conocer cómo
y dónde se transmite esta sensación al cerebro. Y todo esto con una
meta puesta corto plazo: en los próximos cinco años, los investigadores
tienen que haber conseguido trasladar la investigación a una realidad
tangible para los pacientes.
Para ilustrar la importancia de este
sentido es el ejemplo al que alude el neurocientífico, Sliman
Bensmania, uno de los principales responsables del proyecto: el simple
hecho de ser capaces de tocar el piano. Para ello, Bensmaia apunta que
un pianista sabe cómo tocar las teclas, más suave o más fuerte, según lo
que le transmiten sus huellas dactilares al posarse en cada una de las
teclas y transmitir así sonidos más suaves o más fuertes. Sin el sentido del tacto, la sensibilidad al tocar este instrumento sería nula, poco más que aporrear teclas sin sentido.
Una vez establecida la relevancia de este sentido, hay que señalar que un nutrido grupo de investigadores de EE UU de diferentes universidades e instituciones buscan cómo el sistema nervioso codifica la intensidad, la magnitud de las sensaciones que se transmiten desde los dedos. El trabajo conjunto de la Universidad de Chicago y la Universidad Case Western Reserve ha encontrado respuesta a la reproducción artificial de una serie de sensaciones táctiles lo más realista posible en dos personas amputadas a través de la estimulación directa del sistema nervioso. «El brazo robótico, la mano, y otros dispositivos envían señales eléctricas con diferente frecuencia e intensidad a través de electrodos. En este estudio, los electrodos se unen a los nervios en el brazo de los amputados», explican los investigadores responsables de la investigación de la Universidad de Chicago, dirigidos por el doctor Bensmania.
Una vez establecida la relevancia de este sentido, hay que señalar que un nutrido grupo de investigadores de EE UU de diferentes universidades e instituciones buscan cómo el sistema nervioso codifica la intensidad, la magnitud de las sensaciones que se transmiten desde los dedos. El trabajo conjunto de la Universidad de Chicago y la Universidad Case Western Reserve ha encontrado respuesta a la reproducción artificial de una serie de sensaciones táctiles lo más realista posible en dos personas amputadas a través de la estimulación directa del sistema nervioso. «El brazo robótico, la mano, y otros dispositivos envían señales eléctricas con diferente frecuencia e intensidad a través de electrodos. En este estudio, los electrodos se unen a los nervios en el brazo de los amputados», explican los investigadores responsables de la investigación de la Universidad de Chicago, dirigidos por el doctor Bensmania.
Inicios
Este
proyecto cobró sentido hace unos dos años, cuando se ideó la forma de
llevar las señales eléctricas a través de unos dispositivos
neuroprotésicos para recrear el sentido del tacto para amputados y
tetrapléjicos con un abordaje «biomimético» que se aproxima bastante al
natural. Entonces, el planteamiento se incubó en la Agencia de Proyectos
e Investigaciones Avanzados de Defensa de EE UU (Darpa, por sus siglas
en inglés). Bajo el nombre Haptix se ha desarrollado un ambicioso plan
para conseguirlo y que se dedicó a reclutar personal científico
competente con una subvención a cinco años para obtener resultados. Si
estos eran positivos, los fondos aumentarían y la mano podría estar
lista en los siguientes años. Los buenos resultados han visto la luz
esta semana en la revista «Science Translational Medicine» (STM), que
recoge los trabajos de las universidades implicadas.
Por un lado, este trabajo subraya la confirmación de la hipótesis de cómo la estimulación eléctrica muestra el nivel de activación sensorial en los nervios del brazo amputado, como explica Dustin Tyler, ingeniero biomédico de la Universidad Case Western Reserve y unos de los autores principales del estudio. «A partir de nuestro trabajo original en 2014, sabíamos que la frecuencia se relaciona con intensidad, pero no sabía exactamente cómo. Para explorar en detalle, llevamos a cabo una serie de experimentos sistemáticos, en colaboración con los expertos psicométricos del laboratorio Bensmaia en la Universidad de Chicago, entre enero y septiembre de 2015, –explica Tyler a A TU SALUD, e intenta poner en contexto el paso significativo que han dado ahora en el contexto de la investigación completa–. Entonces se descubrió que la percepción de la intensidad era codificada con la frecuencia y la fuerza de la estimulación. Estos dos paradigmas de estimulación tenían características similares, así que nos preguntamos si existía una medida común que incluía los elementos de estimulación. Y resultó ser el “nivel de carga de activación”». Aquí Tyler resume todo el trabajo realizado hasta ahora y explica por qué es relevante: «Primero porque proporciona una relación que nos permite modular la fuerza de la estimulación que afecta a la calidad de la sensación –con una base de trabajo que vio la luz en STM en octubre de 2014– y modular de forma independiente la frecuencia para controlar la intensidad de la sensación. En segundo lugar, se añadió a nuestro modelo experimental humano la comprensión de la codificación de intensidad, que hasta entonces no era posible en estudios sensoriales con personas sanas».
Por un lado, este trabajo subraya la confirmación de la hipótesis de cómo la estimulación eléctrica muestra el nivel de activación sensorial en los nervios del brazo amputado, como explica Dustin Tyler, ingeniero biomédico de la Universidad Case Western Reserve y unos de los autores principales del estudio. «A partir de nuestro trabajo original en 2014, sabíamos que la frecuencia se relaciona con intensidad, pero no sabía exactamente cómo. Para explorar en detalle, llevamos a cabo una serie de experimentos sistemáticos, en colaboración con los expertos psicométricos del laboratorio Bensmaia en la Universidad de Chicago, entre enero y septiembre de 2015, –explica Tyler a A TU SALUD, e intenta poner en contexto el paso significativo que han dado ahora en el contexto de la investigación completa–. Entonces se descubrió que la percepción de la intensidad era codificada con la frecuencia y la fuerza de la estimulación. Estos dos paradigmas de estimulación tenían características similares, así que nos preguntamos si existía una medida común que incluía los elementos de estimulación. Y resultó ser el “nivel de carga de activación”». Aquí Tyler resume todo el trabajo realizado hasta ahora y explica por qué es relevante: «Primero porque proporciona una relación que nos permite modular la fuerza de la estimulación que afecta a la calidad de la sensación –con una base de trabajo que vio la luz en STM en octubre de 2014– y modular de forma independiente la frecuencia para controlar la intensidad de la sensación. En segundo lugar, se añadió a nuestro modelo experimental humano la comprensión de la codificación de intensidad, que hasta entonces no era posible en estudios sensoriales con personas sanas».
Impacto
El
hallazgo ayuda a los investigadores a entender cómo perciben las
personas lo que está entre sus manos, lo que servirá para desarrollar
prótesis más funcionales, más allá del movimiento mecánico. Rogelio
del Pino, miembro de la Junta Directiva de la Sociedad Española de
Rehabilitación y Medicina Física (Sermef), pone en contexto esta
investigación ya que «están muy bien todos estos pasos que se dan, ya
que muestran una fuerte apuesta por la innovación, algo que también
quedó reflejado en los Premios Princesa de Asturias con el galardón a Hugh Herr –diseñador de las primeras prótesis–.
También hay que puntualizar que resulto el problema de la sensibilidad,
los investigadores están más cerca de encontrar cómo trasmitir el dolor
y la temperatura, dos parámetros que también son claves para contar con
una mano 100% funcional e igual a una sana».
Resulta clave señalar que en el estudio se involucraron dos personas con un brazo amputado y que Emily Graczyk, investigadora del equipo del doctor Tyler, elaboró un ensayo en el que sometían a los voluntarios a 20 niveles diferentes de intensidad, que eran interpretados como presión. El estudio buscaba la habilidad de los amputados para discernir unos de otros a través de tres formas: como de pequeña era la diferencia de presión, puntuar la intensidad de las señales y comparar y emparejar sensación de intensidad en la mano amputada con la mano sana.
Todo el proceso de conversión de señales, como explica Graczyk a este semanario, parece relativamente «sencillo» una vez se ajustan los parámetros. «En primer lugar, los sensores de la prótesis de mano recopilan información acerca de cómo la extremidad toca los objetos. Por ejemplo, cuando el usuario intenta coger un objeto y los sensores lo palpan, envían información acerca de cómo la persona está agarrándolo. Convertimos esa información para el código neural según las relaciones que describimos en el ‘‘paper’’ del STM y después lo aplicamos directamente a los nervios, aunque mediante pequeños puntos que se han colocado quirúrgicamente alrededor de los nervios en el brazo amputado del paciente. La información táctil se envía al cerebro del sujeto. Cuando conseguimos el código neuronal correcto, la información que llega al cerebro es igual que la información que llega de la mano natural, y el cerebro percibe la sensación táctil de la prótesis como si es una mano natural».
Así, se trata de un viaje de ida y vuelta de señales e impulsos, que verifican cómo lo capta la mano sana y cómo el cerebro lo traduce hacia la mano protésica. Esto supone un avance importante frente a lo que ya se había planteado en los trabajos de 2014, cuando el doctor Bensmaia trabajó con el equipo de Robert Gaunt. «En ese estudio, un tetrapléjico era capaz de sentir el sentido del tacto a través de un dispositivo que se conectado directamente a su cerebro. En este nuevo estudio, los electrodos se unen a los nervios en el brazo de los amputados», explican desde la Universidad de Chicago. Ésa es la gran diferencia.
Resulta clave señalar que en el estudio se involucraron dos personas con un brazo amputado y que Emily Graczyk, investigadora del equipo del doctor Tyler, elaboró un ensayo en el que sometían a los voluntarios a 20 niveles diferentes de intensidad, que eran interpretados como presión. El estudio buscaba la habilidad de los amputados para discernir unos de otros a través de tres formas: como de pequeña era la diferencia de presión, puntuar la intensidad de las señales y comparar y emparejar sensación de intensidad en la mano amputada con la mano sana.
Todo el proceso de conversión de señales, como explica Graczyk a este semanario, parece relativamente «sencillo» una vez se ajustan los parámetros. «En primer lugar, los sensores de la prótesis de mano recopilan información acerca de cómo la extremidad toca los objetos. Por ejemplo, cuando el usuario intenta coger un objeto y los sensores lo palpan, envían información acerca de cómo la persona está agarrándolo. Convertimos esa información para el código neural según las relaciones que describimos en el ‘‘paper’’ del STM y después lo aplicamos directamente a los nervios, aunque mediante pequeños puntos que se han colocado quirúrgicamente alrededor de los nervios en el brazo amputado del paciente. La información táctil se envía al cerebro del sujeto. Cuando conseguimos el código neuronal correcto, la información que llega al cerebro es igual que la información que llega de la mano natural, y el cerebro percibe la sensación táctil de la prótesis como si es una mano natural».
Así, se trata de un viaje de ida y vuelta de señales e impulsos, que verifican cómo lo capta la mano sana y cómo el cerebro lo traduce hacia la mano protésica. Esto supone un avance importante frente a lo que ya se había planteado en los trabajos de 2014, cuando el doctor Bensmaia trabajó con el equipo de Robert Gaunt. «En ese estudio, un tetrapléjico era capaz de sentir el sentido del tacto a través de un dispositivo que se conectado directamente a su cerebro. En este nuevo estudio, los electrodos se unen a los nervios en el brazo de los amputados», explican desde la Universidad de Chicago. Ésa es la gran diferencia.
Complementarios
Ambos
estudios publicados en la revista científica forman el todo, pero en
realidad trabajan la sensibilidad en áreas completamente diferentes del
sistema nervioso. Como apunta Tyler, «el equipo del Dr. Gaunt estudió la
capacidad de evocar la sensación con la estimulación eléctrica del
cerebro, mientras que nuestro trabajo se centra en que evoca la
sensación activando el sistema nervioso periférico». Por lo que estos
enfoques difieren principalmente en el modo en que los pacientes podrían
beneficiarse de ellos y el tipo de codificación requerida.
El estudio del doctor Gaunt, de la Universidad de Chicago, demostró que «la estimulación del cerebro es una opción viable para restaurar la sensación en las personas sin conexiones directas desde el sistema nervioso periférico, como los pacientes con lesión de la médula espinal. Nosotros hemos demostrado anteriormente el éxito a largo plazo de la estimulación del nervio periférico para restaurar la sensación de amputados», explica Tyler. De este modo, se consigue concentrar todo un abanico de soluciones que podrían dar cobertura a los diferentes tipos de pacientes amputados que existen, ya que la diversidad de daños exige una solución «ad hoc» para cada uno.
El estudio del doctor Gaunt, de la Universidad de Chicago, demostró que «la estimulación del cerebro es una opción viable para restaurar la sensación en las personas sin conexiones directas desde el sistema nervioso periférico, como los pacientes con lesión de la médula espinal. Nosotros hemos demostrado anteriormente el éxito a largo plazo de la estimulación del nervio periférico para restaurar la sensación de amputados», explica Tyler. De este modo, se consigue concentrar todo un abanico de soluciones que podrían dar cobertura a los diferentes tipos de pacientes amputados que existen, ya que la diversidad de daños exige una solución «ad hoc» para cada uno.
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