Medici
Aziende
Roma, 21 feb. (AdnKronos Salute) - Un sistema che regala controllo e sensibilità tattile a una mano bionica, aiutando chi ha subito un'amputazione. E rendendo possibili gesti come prendere una bottiglietta d'acqua da un tavolino, percependone forma, dimensioni e consistenza; impugnarla e inclinarla per versarne il giusto contenuto in un bicchiere. Azioni che - grazie a una sperimentazione condotta da bioingegneri, ingegneri, medici e tecnici dell'università Campus Bio-Medico di Roma e del Centro protesi Inail di Vigorso di Budrio (Bologna) - sono di nuovo realtà per Clara, una giovane amputata che ha ritrovato la sensibilità lungo le dita e il palmo della mano grazie al progetto sperimentale 'Sensibilia', i cui risultati, presentati oggi nella Capitale, sono stati appena pubblicati su 'Science Robotics'. Il sistema può essere applicato a protesi già in commercio.
Il progetto è l'ultimo passaggio di circa 15 anni di approfondimento e poi di sperimentazione in questo settore. Un campo aperto dallo storico programma LifeHand (2008), in cui per la prima volta un paziente è riuscito a muovere un arto bionico attraverso impulsi cerebrali, proseguito nel 2013 con LifeHand2, che ha avviato la ricerca sulla trasmissione di sensibilità tattile. Risultati ottenuti con una forte integrazione e interdisciplinarità tra medici e bioingegneri. La storia di Clara, spiegano i ricercatori, dimostra che è possibile ritrovare la destrezza nel compiere movimenti complessi anche dopo un'amputazione. La giovane aveva perso la mano a causa di un incidente domestico oltre 30 anni prima. Un trauma che ha portato Clara, 40enne della provincia di Palermo, a rifiutare di indossare ogni tipo di mano artificiale che non fosse puramente estetica.
Per consentirle di essere 'connessa' agli arti bionici utilizzati nei test - una mano sperimentale e una commerciale, entrambe poliarticolate e con alte capacità di movimento indipendente delle dita e di restituzione dei feedback tattili, grazie a sei elettrodi neurali - la donna è stata sottoposta a un delicato intervento chirurgico al Policlinico universitario Campus Bio-Medico. Qui un team di neurochirurghi e ortopedici, con l'ausilio costante di neurologi e bioingegneri, le ha inserito due elettrodi intraneurali e un 'cuff' (elettrodi perineurali, cioè installati intorno ai nervi) per ciascuno dei nervi mediano e ulnare presenti nel braccio sinistro: le interfacce, sottilissime, hanno consentito la restituzione - in tempo reale, attraverso speciali algoritmi - delle sensazioni tattili e di movimento dell'arto bionico al cervello tramite il sistema nervoso periferico. Proprio ciò che accade a tutti noi quando afferriamo, muoviamo, tocchiamo un oggetto con la mano. Nel caso di Clara, il merito è della scienza.
Con l'obiettivo di riuscire ad avvicinarsi a questo livello di accuratezza nel controllo manipolatorio, Clara in 11 settimane ha prima 'reimparato' a produrre nel proprio cervello il movimento dell'arto perduto, stimolando aree corticali inattive da tempo; quindi ha affinato le proprie capacità di ricezione delle sensazioni tattili, riuscendo a percepirle in ben 13 differenti zone della mano artificiale, sia anteriormente che posteriormente. Infine si è esercitata accanto ai ricercatori per ripristinare le proprie capacità di manipolazione fine degli oggetti, stavolta attraverso la mano artificiale, riuscendo a muoverla con una destrezza crescente (salita del 25,7% dal primo giorno di test) e fino ad oggi sconosciuta a tutte le precedenti sperimentazioni nel mondo.
Quindi la paziente è stata in grado - bendata e con la musica al massimo volume nelle orecchie - di riconoscere e padroneggiare consistenze e posizioni degli oggetti nella mano, fino a riuscire a 'provare' la sensazione del loro scivolamento lungo le dita e il palmo artificiali (con un ritardo al di sotto dei 100 millisecondi, come avviene nel controllo sensori-motorio biologico), così da essere in grado di correggere in corsa eventuali prese maldestre. Ed è proprio grazie al ritrovato feedback tattile che il miglioramento delle capacità di manipolazione è andato di pari passo a una ritrovata capacità cerebrale di apprendere e di utilizzare il feedback sensoriale per controllare il movimento. Una novità che fa ben sperare, in vista dell'utilizzo di protesi sempre più evolute.
"L'obiettivo che ci siamo posti per questa sperimentazione - sottolinea Loredana Zollo, professore associato di bioingegneria e responsabile ingegneristica del progetto - è stato quello di sviluppare e rendere fruibile in 36 mesi un sistema protesico che avesse una capacità di controllo sensori-motorio basato sulla comunicazione bidirezionale con il sistema nervoso e la sensibilità tattile, tale da consentire il riapprendimento delle abilità manuali fini e la manipolazione degli oggetti, nonché la possibilità di restituire il senso del tatto al paziente attraverso le interfacce neurali impiantate nei suoi nervi. Il risultato finale ci sembra positivo e schiude nuovi scenari nelle prospettive di impianto di arti bionici, probabilmente anche attraverso nuove tecnologie non invasive, per tanti pazienti del Centro protesi Inail come Clara".
"Per raggiungere gli obiettivi del progetto Sensibilia - precisa Rinaldo Sacchetti, direttore tecnico e ricerca del Centro protesi Inail - sono stati approfonditi gli avanzamenti scientifici, tecnologici e clinici sui sistemi protesici per l'arto superiore, concentrandosi sullo sviluppo di soluzioni avanzate di interfacciamento e controllo avanzate per rendere tali sistemi più accessibili e migliorare le prestazioni nelle attività della vita quotidiana".
La più importante novità del nuovo studio, continua Sacchetti, "sta nell'essere riusciti a sviluppare tre sottosistemi paralleli di controllo della mano protesica, di sensorizzazione tattile e di interfacciamento verso il sistema nervoso periferico, consentendo così di ottenere una maggiore destrezza nell'utilizzo della protesi. Dal punto di vista tecnologico, è stata necessaria un'intensa attività di miniaturizzazione dei componenti protesici e di sviluppo di algoritmi in grado di decodificare il segnale elettromiografico espresso dalla giovane donna e di tradurlo in feedback e movimento".
E in effetti Clara il suo obiettivo parziale lo ha raggiunto: poche settimane dopo la conclusione del progetto, in vista del futuro follow-up, ha ricevuto una protesi di mano bionica intelligente simile a quelle della sperimentazione, che utilizza quotidianamente attraverso elettrodi miografici di superficie, in grado di percepire i movimenti muscolari dell'arto amputato e decodificare il movimento voluto per riuscire a muoversi con destrezza.
Il progetto è l'ultimo passaggio di circa 15 anni di approfondimento e poi di sperimentazione in questo settore. Un campo aperto dallo storico programma LifeHand (2008), in cui per la prima volta un paziente è riuscito a muovere un arto bionico attraverso impulsi cerebrali, proseguito nel 2013 con LifeHand2, che ha avviato la ricerca sulla trasmissione di sensibilità tattile. Risultati ottenuti con una forte integrazione e interdisciplinarità tra medici e bioingegneri. La storia di Clara, spiegano i ricercatori, dimostra che è possibile ritrovare la destrezza nel compiere movimenti complessi anche dopo un'amputazione. La giovane aveva perso la mano a causa di un incidente domestico oltre 30 anni prima. Un trauma che ha portato Clara, 40enne della provincia di Palermo, a rifiutare di indossare ogni tipo di mano artificiale che non fosse puramente estetica.
Per consentirle di essere 'connessa' agli arti bionici utilizzati nei test - una mano sperimentale e una commerciale, entrambe poliarticolate e con alte capacità di movimento indipendente delle dita e di restituzione dei feedback tattili, grazie a sei elettrodi neurali - la donna è stata sottoposta a un delicato intervento chirurgico al Policlinico universitario Campus Bio-Medico. Qui un team di neurochirurghi e ortopedici, con l'ausilio costante di neurologi e bioingegneri, le ha inserito due elettrodi intraneurali e un 'cuff' (elettrodi perineurali, cioè installati intorno ai nervi) per ciascuno dei nervi mediano e ulnare presenti nel braccio sinistro: le interfacce, sottilissime, hanno consentito la restituzione - in tempo reale, attraverso speciali algoritmi - delle sensazioni tattili e di movimento dell'arto bionico al cervello tramite il sistema nervoso periferico. Proprio ciò che accade a tutti noi quando afferriamo, muoviamo, tocchiamo un oggetto con la mano. Nel caso di Clara, il merito è della scienza.
Con l'obiettivo di riuscire ad avvicinarsi a questo livello di accuratezza nel controllo manipolatorio, Clara in 11 settimane ha prima 'reimparato' a produrre nel proprio cervello il movimento dell'arto perduto, stimolando aree corticali inattive da tempo; quindi ha affinato le proprie capacità di ricezione delle sensazioni tattili, riuscendo a percepirle in ben 13 differenti zone della mano artificiale, sia anteriormente che posteriormente. Infine si è esercitata accanto ai ricercatori per ripristinare le proprie capacità di manipolazione fine degli oggetti, stavolta attraverso la mano artificiale, riuscendo a muoverla con una destrezza crescente (salita del 25,7% dal primo giorno di test) e fino ad oggi sconosciuta a tutte le precedenti sperimentazioni nel mondo.
Quindi la paziente è stata in grado - bendata e con la musica al massimo volume nelle orecchie - di riconoscere e padroneggiare consistenze e posizioni degli oggetti nella mano, fino a riuscire a 'provare' la sensazione del loro scivolamento lungo le dita e il palmo artificiali (con un ritardo al di sotto dei 100 millisecondi, come avviene nel controllo sensori-motorio biologico), così da essere in grado di correggere in corsa eventuali prese maldestre. Ed è proprio grazie al ritrovato feedback tattile che il miglioramento delle capacità di manipolazione è andato di pari passo a una ritrovata capacità cerebrale di apprendere e di utilizzare il feedback sensoriale per controllare il movimento. Una novità che fa ben sperare, in vista dell'utilizzo di protesi sempre più evolute.
"L'obiettivo che ci siamo posti per questa sperimentazione - sottolinea Loredana Zollo, professore associato di bioingegneria e responsabile ingegneristica del progetto - è stato quello di sviluppare e rendere fruibile in 36 mesi un sistema protesico che avesse una capacità di controllo sensori-motorio basato sulla comunicazione bidirezionale con il sistema nervoso e la sensibilità tattile, tale da consentire il riapprendimento delle abilità manuali fini e la manipolazione degli oggetti, nonché la possibilità di restituire il senso del tatto al paziente attraverso le interfacce neurali impiantate nei suoi nervi. Il risultato finale ci sembra positivo e schiude nuovi scenari nelle prospettive di impianto di arti bionici, probabilmente anche attraverso nuove tecnologie non invasive, per tanti pazienti del Centro protesi Inail come Clara".
"Per raggiungere gli obiettivi del progetto Sensibilia - precisa Rinaldo Sacchetti, direttore tecnico e ricerca del Centro protesi Inail - sono stati approfonditi gli avanzamenti scientifici, tecnologici e clinici sui sistemi protesici per l'arto superiore, concentrandosi sullo sviluppo di soluzioni avanzate di interfacciamento e controllo avanzate per rendere tali sistemi più accessibili e migliorare le prestazioni nelle attività della vita quotidiana".
La più importante novità del nuovo studio, continua Sacchetti, "sta nell'essere riusciti a sviluppare tre sottosistemi paralleli di controllo della mano protesica, di sensorizzazione tattile e di interfacciamento verso il sistema nervoso periferico, consentendo così di ottenere una maggiore destrezza nell'utilizzo della protesi. Dal punto di vista tecnologico, è stata necessaria un'intensa attività di miniaturizzazione dei componenti protesici e di sviluppo di algoritmi in grado di decodificare il segnale elettromiografico espresso dalla giovane donna e di tradurlo in feedback e movimento".
E in effetti Clara il suo obiettivo parziale lo ha raggiunto: poche settimane dopo la conclusione del progetto, in vista del futuro follow-up, ha ricevuto una protesi di mano bionica intelligente simile a quelle della sperimentazione, che utilizza quotidianamente attraverso elettrodi miografici di superficie, in grado di percepire i movimenti muscolari dell'arto amputato e decodificare il movimento voluto per riuscire a muoversi con destrezza.
Ultimo aggiornamento: 21 Febbraio 2019
6 minuti di lettura
