Connecting Mind and Machine
Quando si perde l’uso di un arto, anche i più semplici compiti quotidiani possono diventare una sfida. I dispositivi ad alta tecnologia possono aiutare a ripristinare l’indipendenza. Le nuove tecnologie stanno addirittura rendendo possibile collegare la mente a un arto artificiale. Questi arti artificiali sono chiamati dispositivi protesici bioniciDispositivi che sostituiscono una parte del corpo..
“Per ottenere indietro alcune di quelle funzioni perse, è necessario una sorta di strumento di assistenza o tecnologia per migliorare il recupero o ripristinare la capacità dell’anatomia che manca ora,” dice il Dott. Nick Langhals, che supervisiona la ricerca di ingegneria protesica sostenuta dal NIH.
Questa ricerca in rapida evoluzione mira a migliorare la vita delle persone ripristinando sia il movimento che la sensibilità.
Controllo protesico
I dispositivi protesici tradizionali utilizzano un’imbracatura alimentata dal corpo per controllare un dispositivo manuale. Questi sono facili da usare. Con una scrollata di spalle, la mano protesica o il gancio si apre. Con il rilascio della spalla, la protesi si chiude. Attraverso la sensazione della tensione del cavo sulle spalle, si sa se la protesi è aperta o chiusa senza guardarla.
Le nuove mani motorizzate non sono così facili da imparare ad usare. Per chiudere il dispositivo, si contraggono i muscoli rimanenti del braccio. Un sensore elettrico posto sopra questi muscoli rileva la contrazione e dice alla mano di chiudersi. Poiché i muscoli originali che controllavano la mano non ci sono più, i muscoli rimanenti devono essere riqualificati. Imparare ad aprire e chiudere una mano protesica in questo modo richiede del tempo. E devi ancora guardare il dispositivo per sapere cosa sta facendo.
Per rendere le mani motorizzate più intuitive da usare, i ricercatori stanno sviluppando modi per rilevare i segnali elettrici nel cervello e nei nerviSpeciali tessuti che portano i segnali tra il cervello e altre parti del corpo. per aiutare a controllare le protesi bioniche avanzate. Questo può essere fatto in molti modi, ad esempio impiantando minuscoli sensori nelle parti del cervello che controllano il movimento o attaccando piccoli elettrodiStrumenti che sono usati per portare elettricità da o verso diverse parti del corpo. ai nervi amputati. In entrambi i casi, i pazienti pensano semplicemente di muovere la loro mano e i computer la traducono nei movimenti di una mano protesica bionica.
Comunicazione a due vie
Per riacquistare un senso di completezza, una persona con un arto bionico ha bisogno di fare più che controllare il dispositivo. Ha anche bisogno di “sentire” quello che sta facendo. I nuovi dispositivi bionici possono inviare sensazioni dal dispositivo al cervello. Questo permette a una persona con un dispositivo bionico di sentirsi come se stesse usando il proprio arto.
“La cosa più importante della ricerca che stiamo facendo è questo senso di completezza”, dice il dottor Paul Marasco, un ricercatore di ingegneria biomedica alla Cleveland Clinic.
Un modo per aiutare una persona a sentire la propria mano protesica è quello di spostare i nervi sensoriali rimanenti dalla mano amputata alla pelle del braccio superiore. È quindi possibile utilizzare piccoli robot per premere sulla pelle del braccio superiore quando la mano sta toccando qualcosa.
Il team di Marasco ha ideato un sistema simile per ripristinare anche la sensazione di movimento. La mano bionica invia segnali a un sistema di controllo computerizzato fuori dal corpo. Il computer poi dice a un piccolo robot indossato sul braccio di inviare vibrazioni al muscolo del braccio. Queste vibrazioni in profondità nel muscolo creano un’illusione di movimento che dice al cervello quando la mano si chiude o si apre.
Il team di Marasco ha testato questo sistema di feedback con diverse persone che avevano una protesi di mano. I partecipanti allo studio erano in grado di azionare la mano bionica e sapere in che posizione si trovava proprio come con la loro mano naturale. Con questo sistema di feedback, non hanno dovuto guardare la mano bionica per sapere quando era aperta o chiusa, o quando stava raggiungendo un oggetto.
“Inganniamo i loro cervelli a credere che la protesi sia effettivamente parte del loro corpo”, dice Marasco. Questo progresso attinge direttamente al modo in cui il cervello percepisce il movimento, che aiuta a migliorare la comunicazione bidirezionale tra il dispositivo protesico e la mente.
Robot indossabili
I team di ricerca stanno anche cercando di aiutare le persone che hanno perso l’uso delle gambe. Indossando un dispositivo robotico chiamato esoscheletro, alcune persone con paralisi alle gambe sono state in grado di riacquistare la capacità di camminare.
Un gruppo guidato dal dottor Thomas Bulea, un ingegnere biomedico presso il Centro Clinico NIH, ha creato un esoscheletro indossabile per bambini con paralisi cerebrale. La paralisi cerebrale è un disturbo cerebrale che rende difficile stare in piedi, l’equilibrio e camminare. L’esoscheletro robotico motorizzato cambia il modo in cui i bambini camminano aiutandoli a raddrizzare le ginocchia in punti chiave durante il ciclo della camminata. Mentre l’esoscheletro può rendere più facile la camminata, i bambini devono essere in grado di percorrere almeno piccole distanze da soli per usarlo.
“L’obiettivo finale è davvero quello di avere una persona che lo indossa al di fuori del nostro laboratorio, o anche al di fuori del contesto clinico”, spiega Bulea. “Per fare questo è necessario avere un sistema di controllo davvero robusto che si assicura che il robot si comporti correttamente in tutti i diversi tipi di ambienti.”
Il team sta ora scrivendo il software in modo che il dispositivo robotico possa essere indossato durante la navigazione di dossi nel terreno e altre condizioni del mondo reale.
Trovare il dispositivo giusto
“Quello che cerco di sottolineare alle persone è che ci sono un sacco di potenziali strumenti e tecnologie a nostra disposizione per cercare di rendere le persone migliori, e dovrebbero esplorarli e considerare di abbracciarli”, dice Langhals.
Molti tipi di dispositivi protesici sono ora in sviluppo. Se vuoi trovare uno studio clinico che ti aiuti a testarne uno, puoi cercarlo su clinicaltrials.gov, un database di studi finanziati dal NIH e di altri studi in tutto il mondo.
Se sei interessato a partecipare a uno studio, parla con il tuo medico dei possibili rischi e benefici. Vedi il riquadro Chiedi al tuo medico per le domande da porre.
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