Desarrollan la primera prótesis biónica que funciona con imanes en vez de electrodos: “Parece mi propia mano”
Dos años después de haber perdido su mano izquierda en un accidente, Daniel puede coger un huevo sin romperlo, usar un destornillador o cortar pan con un cuchillo. Y lo hace mediante la primera mano biónica conectada a su cuerpo magnéticamente, sin cables ni electrodos. Un sistema que permite los movimientos finos de los dedos gracias a pequeños imanes implantados en los músculos que le quedaron en la zona seccionada.
Los detalles de este avance, enmarcado dentro del proyecto MYTI , financiado por el Consejo Europeo de Investigación, se publican este miércoles en la revista Science Robotics. El estudio describe la estrategia que ha permitido a este italiano de 34 años usar la mano biónica para atarse los cordones de los zapatos y sacar pastillas de un blíster. “Este sistema me permitió recuperar sensaciones y emociones perdidas: siento como si estuviera moviendo mi propia mano”, dice Daniel.
Las prótesis que se ponen habitualmente a los pacientes amputados son ‘mioeléctricas’, funcionan mediante electrodos colocados en la superficie de la piel o insertados en los nervios que captan las corrientes eléctricas que traducen al movimiento de la prótesis. Esta tecnología depende en gran medida de las señales del cerebro para controlar las prótesis que carecen de la capacidad de reproducir los movimientos diestros de la mano humana natural, según los autores, y a menudo son rechazados por los pacientes al cabo de un tiempo.
Imanes que dirigen el movimiento
La nueva estrategia, desarrollada por un equipo de investigación del Instituto de Biorobótica de la Scuola Superiore Sant'Anna de Pisa y coordinado por Christian Cipriani, se basa en el control “miocinético”, es decir, la descodificación de las intenciones motoras traduciendo el movimiento de los músculos y no la señal de los nervios. La estrategia consiste en implantar una serie pequeños imanes, de unos pocos milímetros, en los músculos residuales del brazo amputado e instalar un sistema en la prótesis que traduce estos cambios en la posición de los campos magnéticos en movimientos para abrir y cerrar los dedos con precisión.
“En el antebrazo hay 20 músculos y muchos de ellos controlan los movimientos de la mano. Muchas personas que han perdido una mano siguen sintiéndola como si todavía estuviera en su sitio y los músculos residuales se mueven en respuesta a las órdenes del cerebro”, explica Cipriani. “Los imanes tienen un campo magnético natural que se puede localizar fácilmente en el espacio. Cuando el músculo se contrae, el imán se mueve y un algoritmo especial traduce este cambio en un comando específico para la mano robótica”.
Cuando el músculo se contrae, el imán se mueve y un algoritmo especial traduce este cambio en un comando específico para la mano robótica
En abril de 2023, Daniel fue sometido a una intervención quirúrgica en la que se le implantaron seis imanes en el brazo. En cada uno de ellos, el equipo de cirujanos y médicos localizó y aisló cada músculo, colocó el imán y comprobó que el campo magnético estuviera orientado de la misma manera. Un localizador magnético transcutáneo situado en la prótesis detecta los desplazamientos del imán causados por contracciones musculares voluntarias del sujeto, que los investigadores combinan con algoritmos de reconocimiento de patrones para estimar la intención del usuario y mover el brazo robótico.
Hacia prótesis más precisas y duraderas
“Este resultado es el fruto de un camino de investigación de décadas”, resume Cipriani. “Por fin hemos desarrollado una prótesis funcional que responde a las necesidades de una persona que ha perdido una mano”. A su juicio, estos implantes permitirán en el futuro realizar tareas que exigen una gran destreza, como tocar el piano. “Hemos tomado conciencia de que podemos hacer mucho para mejorar su vida y la de muchas otras personas”, añade Marta Gherardini, primera autora del estudio. “Esta es la mayor motivación que nos impulsa a continuar nuestro trabajo y a hacerlo cada vez mejor”.
Hemos tomado conciencia de que podemos hacer mucho para mejorar su vida y la de muchas otras personas
Los autores sugieren que las prótesis futuras podrían soportar amputaciones más severas y reducir las tasas de abandono por parte del usuario. Y, con algunas adaptaciones, el dispositivo podría integrar y traducir la flexión del codo, las contracciones del brazo superior y el ángulo de la muñeca para abrir o cerrar la mano biónica, algo que de momento no puede hacer.
Una adaptación muy rápida
Antonio Oliviero, jefe de Neurología del Hospital Nacional de Parapléjicos (Toledo), considera que los autores han hecho una aproximación similar a la de la prótesis mioeléctrica, pero con la ventaja de usar el músculo acoplándole pequeños imanes. “Cuando la persona piensa en el movimiento y el músculo se deforma, la atracción de estos imanes cambia y hay un sensor que lo interpreta y lo traslada al brazo robótico”, explica. “Esta prótesis no es menos compleja, pero parece que sí permite un aprendizaje más rápido, de apenas seis semanas”. En su opinión, se trata de una aproximación interesante, sencilla y que probablemente permita que muchos pacientes la puedan utilizar sin tener los problemas que a veces tienen con las prótesis tradicionales y por los que dejan de usarlas.
Jaime Ibáñez Pereda, investigador de la Universidad de Zaragoza y experto en interpretación de señales biomédicas, considera que se trata de una aproximación muy inteligente. “Si ponemos imanes en los músculos, luego toda la complejidad tecnológica se pone en el brazo robótico, el paciente solo necesita los imanes”, señala. La principal limitación, destaca, es que solo lo han probado en un sujeto, pero también que la prótesis es muy dependiente de la posición, y en el momento en que el sujeto movía el codo se perdía la precisión, aunque proponen adoptar mejoras para evitarlo.
Es posible que el usuario la sienta de una forma un poco más natural, al depender del movimiento del músculo y no la señal eléctrica
En general, destaca el experto, este tipo de prótesis puede tener la ventaja de que los imanes insertados son más biocompatibles y hay menos posibilidades de que el cuerpo los rechace o crezca tejido que empeore la señal y obligue a renovarlos cada cierto tiempo, como pasa con los electrodos.
“También es posible que el usuario la sienta de una forma un poco más natural, porque la fuerza que aplica el mover la mano se deriva de cuánto se deforma el músculo en vez de la actividad eléctrica, lo que puede ser más intuitivo”, añade. Sin embargo, también se genera más incertidumbre, ya que la cantidad de movimiento que genera y se puede “traducir” —especialmente en pacientes muy dañados— es limitada, mientras que en la lectura de la señal eléctrica el rango es más amplio y se pueden detectar señales más débiles.
Una vía hacia las sensaciones táctiles
“El artículo presenta un cambio de paradigma interesante, innovador y potencialmente disruptivo”, asegura la ingeniera biomédica Francesca Lunardini a elDiario.es. En su opinión, este enfoque innovador presenta varias ventajas, en comparación con los sensores electromiográficos tradicionales: la interfaz presenta dimensiones reducidas y, lo más importante, no requiere alimentación inalámbrica ni cables.
“Pero la característica potencialmente disruptiva de la tecnología propuesta es su posible función de comunicación bidireccional: por un lado, sirve como sensor para medir y detectar la intención del usuario mientras, por el otro, puede aprovecharse como actuador para provocar sensaciones vibrotáctiles y cinestésicas naturales”, destaca Lunardini. En otras palabras, que el paciente sienta el miembro. “Esto podría conseguirse, por ejemplo, activando vibraciones remotas en los imanes para activar los receptores musculares propioceptivos”.
El sistema puede aprovecharse para provocar sensaciones vibrotáctiles y cinestésicas naturales y establecer una comunicación bidireccional con la prótesis
“El artículo actual, con un estudio de seis semanas en un amputado transradial, no sólo demuestra la viabilidad clínica del enfoque para el control de la mano biónica, sino que también reporta resultados muy prometedores”, concluye la especialista. “Aunque es necesario abordar algunas limitaciones conceptuales y técnicas, los resultados allanan el camino hacia una solución innovadora de interacción hombre-máquina, capaz de proporcionar al usuario una comunicación directa bidireccional con la prótesis, como la mano natural”.
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