Le protesi all’avanguardia possono aiutare le persone con amputazioni a raggiungere un’andatura naturale, ma non danno all’utente il pieno controllo neurale sull’arto. Invece, si basano su sensori e controller robotici che muovono l’arto utilizzando algoritmi di andatura predefiniti.
Una protesi guidata dal sistema nervoso
Utilizzando un nuovo tipo di intervento chirurgico e un’interfaccia neuroprotesica, i ricercatori del MIT, in collaborazione con i colleghi del Brigham and Women’s Hospital, hanno dimostrato che è possibile ottenere un’andatura naturale utilizzando una protesi completamente guidata dal sistema nervoso del corpo.
La procedura di amputazione chirurgica ricollega i muscoli nell’arto residuo, il che consente ai pazienti di ricevere un feedback “propriocettivo” sulla posizione del loro arto protesico nello spazio.
In uno studio su sette pazienti sottoposti a questo intervento, il team del MIT ha scoperto che, grazie all’innovativa protesi, erano in grado di camminare più velocemente, evitare gli ostacoli e salire le scale in modo molto più naturale rispetto alle persone con un’amputazione tradizionale.
La ricerca
“Questo è il primo studio protesico della storia che mostra una protesi di gamba sotto piena modulazione neurale, dove emerge un’andatura biomimetica. Nessuno è stato in grado di mostrare questo livello di controllo cerebrale che produce un’andatura naturale, dove il sistema nervoso umano controlla il movimento, non un algoritmo di controllo robotico“, ha spiegato Hugh Herr, Professore di arti e scienze dei media, co-direttore del K. Lisa Yang Center for Bionics al MIT, membro associato del McGovern Institute for Brain Research del MIT e autore senior della nuova ricerca.
I pazienti hanno anche sperimentato meno dolore e meno atrofia muscolare dopo questo intervento, noto come interfaccia mioneurale agonista-antagonista (AMI). Finora, circa 60 pazienti in tutto il mondo hanno ricevuto questo tipo di intervento, che può essere eseguito anche su persone con amputazioni del braccio.
Hyungeun Song, ricercatore presso il Media Lab del MIT, è l’ autore principale dello studio, pubblicato su Nature Medicine.
La maggior parte dei movimenti degli arti è controllata da coppie di muscoli che si allungano e si contraggono a turno. Durante un’amputazione tradizionale sotto il ginocchio, le interazioni di queste coppie di muscoli vengono interrotte. Questo rende molto difficile per il sistema nervoso percepire la posizione di un muscolo e la velocità con cui si contrae, informazioni sensoriali che sono fondamentali per il cervello per decidere come muovere l’arto.
Le persone con questo tipo di amputazione potrebbero avere difficoltà a controllare la loro protesi perché non riescono a percepire con precisione dove si trova l’arto nello spazio. Invece, si affidano a controller robotici integrati nella protesi stessa. Questi dispositivi includono anche sensori che possono rilevare e adattarsi a pendenze e ostacoli.
Per cercare di aiutare le persone a raggiungere un’andatura naturale sotto il pieno controllo del sistema nervoso, Herr e i suoi colleghi hanno iniziato a sviluppare l’intervento chirurgico AMI diversi anni fa. Invece di recidere le interazioni muscolari agonista-antagonista naturali, hanno collegato le due estremità dei muscoli in modo che continuino a comunicare dinamicamente tra loro all’interno dell’arto residuo.
Questo intervento chirurgico può essere eseguito durante un’amputazione primaria, oppure i muscoli possono essere ricollegati dopo l’amputazione iniziale come parte di una procedura di revisione.
“Con la procedura di amputazione AMI, nella misura più ampia possibile, cerchiamo di collegare gli agonisti nativi agli antagonisti nativi in modo fisiologico, in modo che dopo l’amputazione, una persona possa muovere la protesi completa con livelli fisiologici di propriocezione e ampiezza di movimento“, ha aggiunto Herr.
Conclusioni
“Questo lavoro rappresenta un ulteriore passo avanti nel dimostrare cosa è possibile in termini di ripristino della funzionalità nei pazienti che soffrono di gravi lesioni agli arti. È attraverso lavori collaborativi come questo che siamo in grado di fare progressi trasformativi nell’assistenza ai pazienti“, ha dichiarato Matthew Carty, chirurgo presso il Brigham and Women’s Hospital e Professore associato presso la Harvard Medical School e autore dello studio.
Consentire il controllo neurale della protesi da parte della persona che utilizza l’arto è un passo avanti verso l’obiettivo del laboratorio di Herr di “ricostruire i corpi umani”, anziché far sì che le persone si affidino a controllori e sensori robotici sempre più sofisticati, strumenti potenti ma che non sembrano parte del corpo dell’utente.
