Le gambe protesiche controllate dal sistema neurale della persona portano un'andatura naturale

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Revisionato dal punto di vista medico da Carmen Pope, BPharm. Ultimo aggiornamento: 1 luglio 2024.

Di Dennis Thompson HealthDay Reporter

LUNEDI 1 luglio 2024 -- Le gambe protesiche "intelligenti" possono aiutare gli amputati a raggiungere un'andatura naturale, ma ciò avviene tramite sensori robotici e algoritmi che spingono l'arto in avanti a velocità predeterminate.

A Il modo migliore sarebbe quello di dare alle persone il pieno controllo dell'arto attraverso il loro sistema nervoso, ed è proprio ciò che un gruppo di ricerca del MIT afferma di aver fatto.

Una procedura chirurgica sperimentale combinata con un arto robotico all'avanguardia può ripristinare un'andatura completamente naturale, completamente guidata dal sistema nervoso di una persona, riferiscono i ricercatori nel numero del 1° luglio della rivista Nature Medicine.

La procedura riconnette i muscoli del moncone, consentendo ai pazienti di ricevere feedback accurato e in tempo reale sulla posizione dell'arto protesico mentre camminano, hanno spiegato i ricercatori.

Sette pazienti sottoposti a questo intervento chirurgico sono stati in grado di camminare più velocemente, evitare ostacoli e salire le scale in modo molto più naturale rispetto alle persone con un'amputazione tradizionale.

"Nessuno è stato in grado di mostrare questo livello di controllo cerebrale che produce un'andatura naturale, in cui il sistema nervoso umano controlla il movimento, non un algoritmo di controllo robotico", ha affermato il ricercatore senior Hugh Herr, co-direttore del K. Lisa Yang Center for Bionics del MIT.

La maggior parte dei movimenti di braccia e gambe è controllata da coppie di muscoli che, a turno, si allungano e si contraggono, hanno affermato i ricercatori nelle note di fondo.

Un'amputazione tradizionale sotto il ginocchio interrompe l'interazione di questi muscoli accoppiati, rendendo difficile per il sistema nervoso tracciare e controllare i movimenti.

Di conseguenza, le persone con questo tipo di amputazione hanno difficoltà a controllare una gamba protesica perché non riescono a percepire con precisione dove si trova la gamba nello spazio. Devono fare affidamento su controller e sensori robotici per stabilire un'andatura e adattarsi a pendenze e ostacoli.

Per aiutare le persone a raggiungere il pieno controllo neurale sulle loro gambe protesiche, Herr e i suoi colleghi hanno sviluppato quello che chiamano agonista-antagonista. chirurgia dell'interfaccia mioneurale (AMI).

Invece di recidere semplicemente coppie di muscoli, la chirurgia AMI collega invece le due estremità dei muscoli. In questo modo continuano a comunicare dinamicamente tra loro all'interno di ciò che resta della gamba.

L'intervento chirurgico per AMI può essere eseguito durante un'amputazione o durante una procedura di follow-up dopo l'amputazione iniziale, hanno detto i ricercatori.

Uno studio del 2021 condotto dal laboratorio di Herr ha scoperto che i muscoli di un arto trattato con un intervento chirurgico AMI producevano segnali elettrici simili a quelli emessi dall'arto intatto.

Come passo successivo, i ricercatori hanno iniziato a capire un modo per questi segnali elettrici di generare comandi per un arto protesico e allo stesso tempo ricevere feedback dall'arto sulla sua posizione mentre cammina.

In questo modo, un amputato sottoposto a intervento chirurgico AMI potrebbe sia controllare una gamba protesica sia utilizzare il feedback per regolare automaticamente la propria andatura secondo necessità.

Il nuovo studio mostra che il feedback sensoriale si traduce effettivamente in un movimento fluido e capacità quasi naturale di camminare e superare gli ostacoli.

Nello studio, i ricercatori hanno confrontato sette amputati con AMI con sette persone che avevano avuto amputazioni tradizionali sotto il ginocchio.

Tutti i partecipanti utilizzavano lo stesso tipo di gamba bionica: una protesi con una caviglia potenziata, dotato di elettrodi in grado di ricevere segnali elettrici dai principali gruppi muscolari della gamba.

Questi segnali vengono immessi in un controller robotico che aiuta la protesi a calcolare quanto piegare la caviglia, quanta coppia applicare e quanta potenza erogare.

I ricercatori hanno testato tutti gli amputati con livello -camminare a terra, salire un pendio, scendere una rampa, salire e scendere le scale e camminare su una superficie piana evitando gli ostacoli.

Coloro che avevano ricevuto l'intervento di amputazione AMI erano in grado di camminare più velocemente, all'incirca alla stessa velocità delle persone senza amputazioni.

Hanno anche superato gli ostacoli più facilmente e avevano movimenti più naturali, come mostrano i risultati. Erano in grado di coordinare meglio il movimento del loro arto protesico con quello del loro arto naturale e potevano spingersi da terra con la stessa quantità di forza di qualcuno senza amputazione.

"Il gruppo che non aveva l'AMI era in grado di camminare, ma i movimenti protesici non erano naturali e i loro movimenti erano generalmente più lenti", ha detto Herr. in un comunicato stampa del MIT.

È interessante notare che il miglioramento del movimento si è verificato anche se la quantità di feedback sensoriale fornita dall'AMI è inferiore al 20% di quella normalmente ricevuta dalle persone che hanno ancora la gamba intera, hanno osservato i ricercatori.

"Uno dei risultati principali è che un piccolo aumento del feedback neurale proveniente dall'arto amputato può ripristinare una significativa controllabilità neurale bionica, fino al punto in cui si consente alle persone di controllare direttamente a livello neurale la velocità di camminata, adattarsi a diversi terreni e evitare gli ostacoli", ha affermato il ricercatore capo Hyungeun Song, un ricercatore post-dottorato presso il MIT's Media Lab.

L'obiettivo di Herr è quello di "ricostruire" i corpi umani collegando le protesi agli arti in modo da farli sembrare naturali e normali.

"Il problema con questo approccio a lungo termine è che l'utente non si sentirebbe mai incarnato nella sua protesi. Non vedrebbero mai la protesi come parte del loro corpo, parte di sé”, ha detto Herr. "L'approccio che stiamo adottando è cercare di collegare in modo completo il cervello umano all'elettromeccanica."

Fonti

  • MIT, comunicato stampa, 1 luglio 2024

    • Disclaimer: i dati statistici contenuti negli articoli medici forniscono tendenze generali e non riguardano individui. I fattori individuali possono variare notevolmente. Cerca sempre una consulenza medica personalizzata per le decisioni sanitarie individuali.

    Fonte: HealthDay

    Pubblicato : 2024-07-02 01:15

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