Una pierna robótica que puede ser totalmente controlada por el cerebro y la médula espinal ha permitido a siete personas que perdieron la parte inferior de una pierna caminar tan rápido como personas sin amputaciones.

La pierna biónica utiliza una interfaz de computadora que amplifica las señales nerviosas de los músculos de la parte restante de la pierna, lo que permite al usuario mover la prótesis utilizando sus propios pensamientos y reflejos naturales.

En un ensayo clínico con 14 personas, los participantes con esta interfaz pudieron caminar un 41% más rápido que aquellos con piernas robóticas tradicionales. También tenían mejor equilibrio y capacidad para cambiar de velocidad, subir escaleras y superar obstáculos. Los resultados fueron anunciados hoy.Medicina de la naturalezapublicado 1.

"Este es el primer estudio que muestra patrones de marcha naturales con modulación neuronal completa, donde el cerebro de la persona tiene el 100% de control sobre la prótesis biónica, no un algoritmo robótico", dijo el coautor del estudio. señor hugo, biofísico del Instituto Tecnológico de Massachusetts en Cambridge, en una conferencia de prensa en la que anunció los resultados.

"Aunque la pierna está hecha de titanio, silicona y varios componentes electromecánicos, la pierna siente y se mueve de forma natural, sin pensamiento consciente", añadió.

A Herr le amputaron ambas piernas después de quedar varado en el hielo del Monte Washington en New Hampshire durante una tormenta de nieve en 1982. Dice que en el futuro consideraría dispositivos de interfaz para sus extremidades.

El músculo se encuentra con la máquina

La mayoría de las extremidades artificiales biónicas existentes se basan en algoritmos preestablecidos para controlar los movimientos y pueden cambiar automáticamente entre modos predefinidos para diferentes condiciones de marcha. Los modelos avanzados han ayudado a personas con amputaciones a caminar, correr y subir escaleras con mayor fluidez, pero el robot retiene el control del movimiento de las piernas, no el usuario, y el dispositivo no se siente como parte del cuerpo.

Decididos a cambiar esto, Herr y sus colegas desarrollaron una interfaz que controla la pierna robótica utilizando señales de los nervios y músculos que quedan después de la amputación.

Su ensayo clínico incluyó a 14 participantes con amputaciones por debajo de la rodilla. Antes de usar el dispositivo robótico, siete de ellos se sometieron a una cirugía para conectar pares de músculos en las secciones restantes de sus piernas.

Esta técnica quirúrgica, que crea una interfaz mioneural agonista-antagonista (IAM), tiene como objetivo recrear los movimientos musculares naturales para que la contracción de un músculo estire otro. Esto ayuda a aliviar el dolor, mantener la masa muscular y mejorar la comodidad con la pierna biónica. 2.

La pierna biónica incluye una prótesis de tobillo equipada con sensores y electrodos adheridos a la superficie de la piel. Estos capturan señales eléctricas generadas por los músculos en el lugar de la amputación y las envían a una pequeña computadora para su decodificación. La pierna pesa 2,75 kilogramos, similar al peso medio de una pierna natural.

Mejoras rápidas

Para probar el sistema, los participantes practicaron con sus nuevas piernas biónicas durante un total de seis horas cada uno. Luego, los investigadores compararon su desempeño en diversas tareas con el de los otros siete participantes que habían recibido cirugía convencional y prótesis.

El AMI aumentó la tasa de señales musculares a un promedio de 10,5 pulsos por segundo, en comparación con aproximadamente 0,7 pulsos por segundo en el grupo de control. Aunque esto representa sólo el 18% de los impulsos musculares en músculos biológicamente intactos (unos 60 impulsos por segundo), los participantes con IAM pudieron controlar completamente sus prótesis y caminaron un 41% más rápido que los del grupo de control. Sus velocidades máximas corresponden a las de personas sin amputaciones cuando caminan por un sendero llano a lo largo de un corredor de 10 metros de largo.

"De hecho, me pareció sorprendente que pudieran hacerlo tan bien con tan poco aprendizaje", dice Levi Hargrove, neurocientífico de la Universidad Northwestern en Chicago, Illinois. "Verían aún más beneficios con un período de entrenamiento más prolongado usando el dispositivo".

Los investigadores también probaron qué tan bien los participantes podían manejar diversas situaciones, incluido caminar sobre un piso con una inclinación de 5 grados, subir escaleras y superar obstáculos. En todos los escenarios, los usuarios de AMI demostraron un mejor equilibrio y un rendimiento más rápido que las personas del grupo de control.

"Ofrece al usuario un grado tan alto de flexibilidad que se acerca mucho más a la pierna biológica", afirma Tommaso Lenzi, ingeniero biomédico de la Universidad de Utah en Salt Lake City.

experiencia natural

La tecnología ofrece una nueva esperanza para las personas con amputaciones que desean recuperar su forma de caminar con naturalidad. "Las personas que sufren una amputación quieren mantener el control de sus extremidades. Quieren sentir que la extremidad es parte de su cuerpo", dice Lenzi. "Este tipo de interfaz neuronal es necesaria para lograrlo".

Las mejoras en el diseño de la pierna podrían reducir el peso y optimizar los electrodos de superficie, que son sensibles a la humedad y el sudor y pueden no ser adecuados para el uso diario, afirma Lenzi. Se necesitarán estudios futuros para probar si el dispositivo puede manejar actividades más exigentes como correr y saltar.

Herr dice que su equipo ya está buscando formas de reemplazar los electrodos de superficie con pequeñas bolas magnéticas implantadas que puedan rastrear con precisión los movimientos musculares.

Este estudio "proporciona la base que necesitamos para luego traducir esto en tecnologías y soluciones clínicamente viables para todas las personas con una amputación", dice Lenzi.