Il senso cinestetico, ovvero la capacità di percepire la posizione spaziale e i movimenti del proprio corpo, è fondamentale per l’utilizzo degli arti. I sistemi protesici con funzione di ripristino sono studiati principalmente per il controllo del movimento dell’articolazione. Tuttavia, non essendo tali dispositivi in grado di fornire un feedback fisico durante il movimento, gli amputati possono riscontrare la sensazione di non avere il controllo dei propri movimenti durante la manipolazione delle protesi.

Un team di ricercatori ha sviluppato un nuovo metodo per ripristinare la sensazione naturale del movimento nei pazienti con arti protesici. Questo approccio potrebbe essere una strategia efficace per migliorare le prestazioni motorie e la qualità della vita degli amputati.

L’importanza del senso cinestetico nelle protesi

Interfaccia neurale-macchina bidirezionale per ripristinare il senso di movimento
Interfaccia neurale-macchina bidirezionale per ripristinare il senso di movimento
Ph:http://stm.sciencemag.org/content/10/432/eaao6990.full

Per completare senza sforzo un movimento intenzionale, è necessario che il corpo restituisca al cervello un feedback sui progressi del movimento. Mettere a punto delle protesi che non si limitino solo a restituire la capacità di movimento all’utente, ma permettano anche di avere una consapevolezza dell’atto motorio, rappresenta una sfida non indifferente.

Un gruppo di ricerca della Cleveland Clinic, guidato da Paul Marasco del Laboratory for Bionic Integration, ha ingegnerizzato con successo un senso di movimento della mano in pazienti con amputazione degli arti superiori. I risultati sono stati pubblicati sulle pagine di Science Translational Medicine.

Illusioni di movimento provocate dalle vibrazioni

Il metodo utilizzato si basa sul fenomeno per il quale, nei soggetti normodotati, una vibrazione di 70-115 Hz applicata ai tendini degli arti genera una percezione illusoria di movimento, sebbene l’articolazione attraversata dal tendine non stia cambiando fisicamente la propria posizione.

Gli studi del team sono stati condotti con la partecipazione di sei pazienti amputati precedentemente sottoposti a reinnervazione mirata, una procedura che permette di ottenere un’interfaccia tra la protesi d’arto ed il cervello di chi la indossa. Nello specifico, i nervi motori e sensoriali rimasti dopo l’amputazione sono stati reindirizzati chirurgicamente per reinnervare nuovi siti prossimali di muscoli e pelle.

In primo luogo i ricercatori hanno utilizzato un dispositivo per vibrare i muscoli reinnervati dei pazienti amputati. Nel contempo è stato chiesto ai pazienti di imitare con la mano intatta il movimento che associavano allo stimolo indotto. Con sorpresa dei ricercatori, i pazienti hanno riferito spontaneamente di aver percepito 22 movimenti complessi della mano mancante, tutti dovuti ad illusioni provocate dalle vibrazioni.

Un sistema bidirezionale

Feedback cinestetico
Ph: Cleveland Clinic

In esperimenti successivi la squadra di Marasco ha mostrato che tali illusioni potevano agire come un feedback del movimento dell’arto bionico.

I ricercatori hanno realizzato un’interfaccia neurale-macchina bidirezionale in grado di far vibrare i muscoli reinnervati a seconda dei gesti compiuti dal braccio robotico. Tale sistema a circuito chiuso rende la protesi in grado non solo di ricevere informazioni, ma anche di comunicarle al cervello.

Lo studio ha mostrato che la combinazione di intenzione e cinestesia ha permesso ai pazienti di avere una miglior consapevolezza spaziale e un controllo ottimizzato della protesi, anche senza ricorrere al monitoraggio visivo. Questa soluzione migliora il rapporto dei pazienti con la protesi aiutandoli a percepirla come parte naturale del proprio corpo.

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