Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, practicaron una nueva cirugía acompañada de la creación de una prótesis impulsada por el sistema nervioso que ayuda a las personas con una amputación a caminar de forma natural.
Las extremidades protésicas de última generación pueden ayudar a las personas con amputaciones a lograr una marcha natural, pero no le dan al usuario un control neuronal completo sobre la extremidad, como la creada por el MIT.
En la nueva prótesis creada por investigadores del MIT, el sistema nervioso humano controla el movimiento, no un algoritmo. Las prótesis de última generación dependen de sensores y controladores robóticos que mueven la extremidad utilizando algoritmos de marcha predefinidos, empero, los investigadores del MIT usaron un nuevo tipo de intervención quirúrgica y una interfaz neuroprotésica y demostraron que una marcha natural es alcanzable utilizando una pierna protésica totalmente impulsada por el propio sistema nervioso del cuerpo.
El procedimiento de amputación quirúrgica vuelve a conectar los músculos de la extremidad residual, lo que permite a los pacientes recibir retroalimentación “proprioceptiva” sobre dónde está su extremidad protésica en el espacio.
En un estudio de siete pacientes que se sometieron a esta cirugía, el equipo del MIT descubrió que eran capaces de caminar más rápido, evitar obstáculos y subir escaleras de forma mucho más natural que las personas con una amputación tradicional.
“Este es el primer estudio protésico en la historia que muestra una prótesis de pierna bajo modulación neuronal completa, donde emerge una marcha biomimética. Nadie ha sido capaz de mostrar este nivel de control cerebral que produce una marcha natural, donde el sistema nervioso humano está controlando el movimiento, no un algoritmo de control robótico”, dice Hugh Herr, autor principal del estudio.
Los pacientes también experimentaron menos dolor y menos atrofia muscular después de esta cirugía, que se conoce como la interfaz mioneural (IAM) agonista-antagonista. Hasta ahora, alrededor de 60 pacientes de todo el mundo han recibido este tipo de cirugía, que también se puede hacer para amputaciones de brazo.
La mayoría de los movimientos de las extremidades están controlados por pares de músculos que se turnan para estirarse y contraerse. Durante una amputación tradicional por debajo de la rodilla, las interacciones de estos músculos emparejados se interrumpen. Esto hace que sea muy difícil para el sistema nervioso detectar la posición de un músculo y la velocidad con la que se está contrayendo, información sensorial que es crítica para que el cerebro decida cómo mover la extremidad.
Las personas con este tipo de amputación pueden tener problemas para controlar su extremidad protésica porque no pueden detectar con precisión dónde está la extremidad en el espacio. Por ello dependen de controladores robóticos integrados en la extremidad protésica. Estas extremidades también incluyen sensores que pueden detectar y ajustarse a obstáculos.
Para tratar de ayudar a las personas a lograr una marcha natural bajo el control total del sistema nervioso, Herr y sus colegas comenzaron a desarrollar la cirugía IAM hace varios años. En lugar de cortar las interacciones musculares naturales agonista-antagonista, conectan los dos extremos de los músculos para que aún se comuniquen dinámicamente entre sí dentro de la extremidad residual.
Esta cirugía se puede realizar durante una amputación primaria, o los músculos se pueden volver a conectar después de la amputación inicial.
“Con el procedimiento de amputación de IAM, en la mayor medida posible, intentamos conectar a los agonistas nativos con los antagonistas nativos de una manera fisiológica para que después de la amputación, una persona pueda mover su miembro fantasma completamente con niveles fisiológicos de propriocepción y rango de movimiento”, dice Herr.
Los investigadores se propusieron explorar si esas señales eléctricas podrían generar comandos para una prótesis de miembro y, al mismo tiempo, dar al usuario retroalimentación sobre la posición de la extremidad en el espacio. La persona que lleva la extremidad protésica podría entonces usar esa retroalimentación propioceptiva para ajustar voluntariamente su marcha según sea necesario.
En el nuevo estudio de Nature Medicine, el equipo del MIT descubrió que esta retroalimentación sensorial se tradujo en una capacidad suave y casi natural para caminar y navegar por los obstáculos. Los investigadores probaron a los sujetos en varias situaciones diferentes: caminar a nivel de tierra a través de un camino de 10 metros, subir una pendiente, bajar una rampa, subir y bajar escaleras y caminar sobre una superficie nivelada mientras se evitaban los obstáculos.
En todas estas tareas, las personas con la interfaz neuroprotésica del IAM pudieron caminar más rápido, aproximadamente al mismo ritmo que las personas sin amputaciones, y navegar alrededor de los obstáculos más fácilmente.
También mostraron movimientos más naturales, como apuntar los dedos de los pies de la prótesis hacia arriba mientras subían las escaleras o pisaban un obstáculo, y fueron más capaces de coordinar los movimientos de su extremidad protésica y su extremidad intacta. También fueron capaces de empujar desde el suelo con la misma cantidad de fuerza que alguien sin una amputación. N
