Técnica quirúrgica mejora la sensación de control de la prótesis. Nuevo estudio describe la primera aplicación a humano de nuevo enfoque para la amputación de miembros.

Los seres humanos pueden percibir con precisión la posición, velocidad y esfuerzo de torsión de las extremidades, incluso con su cierre de ojos. Este sentido, conocida como propiocepción, permite a los seres humanos para controlar con precisión sus movimientos del cuerpo.

A pesar de mejoras significativas a la prótesis en los últimos años, los investigadores han sido incapaces de proporcionar esta sensación esencial a las personas con miembros artificiales, limitando su capacidad de controlar con precisión sus movimientos.

Investigadores en el centro extremo biónica en el Media Lab del MIT han inventado una nueva interfaz neuronal y el paradigma de comunicación que es capaz de enviar comandos de movimiento del sistema nervioso central y una prótesis robótica, retroalimentación propioceptiva relé describir el movimiento de la articulación hacia el sistema nervioso central a cambio.

Este nuevo paradigma, conocido como la interfaz mioneural agonista-antagonista, implica un nuevo enfoque quirúrgico de amputación de miembros en los que se conservan relaciones músculo dinámico dentro de la extremidad amputada. El AMI fue validado en extensa experimentación preclínica en el MIT antes de su primera aplicación quirúrgica en un paciente humano en el Brigham and Womens Hospital de Faulkner.

En un artículo publicado hoy en Science Translational Medicine, los investigadores describen la primera aplicación a humana de la interfaz mioneural agonista-antagonista (AMI), en una persona con una amputación por debajo de la rodilla.

El libro representa la primera información del tiempo en la posición de la articulación, velocidad, y esfuerzo de torsión ha sido alimentado de una prótesis en el sistema nervioso, según el director de proyecto y autor principal Hugh Herr, profesor de Artes y Ciencias en el MIT Media Lab.

“Nuestro objetivo es cerrar el ciclo entre los músculos del sistema nervioso periférico los nervios y la orejuela bionic,” dice Herr.

Para ello, los investigadores utilizaron los mismos sensores biológicos que crean sensaciones propioceptivas natural del cuerpo.

El AMI consiste en oposición dos músculos-tendones, que conocido como un agonista y un antagonista, que quirúrgicamente se conectan en serie para que cuando un músculo se contrae y acorta, con activación eléctrica o volitiva, los otros tramos y viceversa.

Este movimiento acoplado permite sensores biológicos naturales dentro del tendón del músculo para transmitir las señales eléctricas del sistema nervioso central, comunicando la longitud del músculo, velocidad y fuerza de información, que es interpretada por el cerebro como articulación natural propiocepción.

Así es como propiocepción muscular tendón funciona naturalmente en las articulaciones humanas, dice Herr.

“Porque los músculos tienen un suministro de nervio natural, cuando este movimiento de los músculos agonistas-antagonistas se produce información es enviada a través del nervio al cerebro, permitiendo a la persona a sentir los músculos en movimiento, tanto su posición, velocidad y carga,” dice.

Conectando el AMI con electrodos, los investigadores pueden detectar impulsos eléctricos del músculo, o aplique electricidad al músculo para provocar su contrato.

“Cuando una persona está pensando en mover su tobillo fantasma, el AMI que se asigna a la biónica tobillo se mueve hacia adelante y hacia atrás, enviando señales a través de los nervios al cerebro, permitiendo a la persona con una amputación se sienta realmente su tobillo biónico moviéndose a lo largo de la gama entera angular,”dice Herr.

Descifrar el lenguaje eléctrico de la propiocepción en los nervios es muy difícil, según Tyler Clites, primer autor del papel y estudiante de postgrado de plomo en el proyecto.

“Con este enfoque, más que necesidad de hablar ese idioma eléctrico nosotros mismos, utilizamos estos sensores biológicos a hablar el idioma para nosotros”, dice Clites. “Estos sensores traducen estiramiento mecánico en señales eléctricas que se puede interpretar por el cerebro como sensaciones de posición, velocidad y fuerza”.

El AMI fue implementado primero quirúrgico en un paciente humano en Brigham and de Women Faulkner Hospital, Boston, por Matthew Carty, uno de los autores del libro, un cirujano en la división de plástico y reconstructiva y un investigador MIT.

En esta operación, AMIs dos se construyeron en el muñón en el momento de primaria amputación debajo de la rodilla, con un IAM para el control de la articulación del tobillo protésico y el otro para el control de la Articulación subtalar protésicos.

“Sabíamos que para poder validar el éxito de este nuevo enfoque a la amputación, necesitamos acoplar el procedimiento con una nueva prótesis que podrían tomar ventaja de las capacidades adicionales de este nuevo tipo de muñón”, dijo Carty. “Colaboración fue fundamental, como el diseño del procedimiento del diseño de la extremidad robótica y viceversa.”

Con este fin, una prótesis avanzada fue construido en el MIT y eléctricamente vinculadas a sistema de nervioso periférico del paciente mediante electrodos colocados sobre cada músculo AMI después de la cirugía de amputación.

Los investigadores luego compararon el movimiento del paciente AMI con la de cuatro personas que habían experimentado un procedimiento tradicional amputación debajo de la rodilla, usando la misma prótesis avanzadas.

Encontraron que el paciente AMI tenía más estable control de movimiento de la prótesis y fue capaz de moverse más eficientemente que con la amputación convencional. También encontraron que el paciente AMI rápidamente muestra comportamientos naturales, reflexivos como extendiendo los dedos hacia el siguiente paso cuando caminando por un conjunto de escaleras.

Estos comportamientos son esenciales para el movimiento humano natural y estuvieron ausentes en todas las personas que habían sufrido una amputación tradicional.

Además, mientras que los pacientes con amputación convencional sensación desconectada a la prótesis, el paciente AMI rápidamente describe sensación que el bionic tobillo y el pie se habían convertido en una parte de su propio cuerpo.

“Se trata de evidencia muy significativa que el cerebro y la médula espinal en este paciente adoptan la pierna protésica como si fuese la extremidad biológica, permitiendo esas vías biológicas se activen nuevamente,” dice Clites. “Creemos que la propiocepción es fundamental para que la adopción”.

Es difícil para una persona con una amputación de miembros inferiores ganar un sentido de la encarnación con sus prótesis, según Daniel Ferris, el Robert W. Adenbaum profesor de ingeniería de innovación de la Universidad de Florida, quien no estuvo involucrado en la investigación.

“Esto es tierra de romper. “El sentido mayor de la encarnación por el tema de la amputación es un resultado potente de tener mejor control de y la regeneración de la extremidad biónica, dice Ferris. “Espero que vamos a ver personas con amputaciones traumáticas comienzan a buscar este tipo de interfaz para sus prótesis y cirugía, que podría proporcionar una mucho mayor calidad de vida para las personas.”

Los investigadores ya han llevado a cabo el procedimiento AMI en nueve otros amputados por debajo de la rodilla y planean adaptar la técnica para aquellos que necesitan amputaciones por encima de la rodilla, por debajo del codo y por arriba del codo.

“Anteriormente, los seres humanos han utilizado la tecnología en una herramienta-como manera,” dice Herr. “Ahora estamos empezando a ver una nueva era de interacción humano-dispositivo, de encarnación completo neurológico, en el que lo diseño se convierte en verdaderamente parte de nosotros, parte de nuestra identidad.”

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