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MEDICINA

Un tetrapléjico juega a piedra, papel o tijera con un brazo biónico

Una nueva técnica permite controlar prótesis inteligentes externas de forma más fluida

El dispositivo lo activan las neuronas responsables de la planificación, no la ejecución del movimiento, como hasta ahora

Piense darle la mano a la persona que tiene enfrente. Ahora haga lo mismo meditando los movimientos que tiene que ejecutar para saludarle: mover el hombro, levantar el brazo, extenderlo, abrir la mano... ¿Cuál es la forma más natural de hacerlo? No hay color: la primera.

Investigadores del California Institute of Technology (Calitech) y sus colegas de la Keck School of Medicine (University of Southern California) partieron de este mismo razonamiento para replicar el proceso mental del movimiento de la forma más intuitiva posible en los brazos robóticos controlados por la mente. Y tratar así de convertir las acciones sincopadas y toscas de los actuales dispositivos en otras más fluidas, rápidas y naturales. Lo han conseguido con una estrategia novedosa que describen en Science y que consiste en controlar el dispositivo a través de las órdenes que se dan desde la corteza parietal posterior, el área cerebral responsable de codificar la intención y la planificación del movimiento —siguiendo con el ejemplo anterior, la zona donde simplemente se piensa en dar la mano—, en lugar de la corteza motora, donde se produce la ejecución final del movimiento —la que activa los músculos que intervienen en la acción de dar la mano—, como se venía haciendo hasta ahora.

El resultado de este cambio es que Erik Sorto, de 34 años y tetrapléjico desde que a los 21 años una bala le seccionó la médula, ha podido dar de nuevo la mano diez años después. En concreto, la nueva mano biónica desarrollada por los investigadores —una prótesis robótica externa conectada a sus neuronas mediante dos enchufes de electrodos— y lo ha hecho con un movimiento de una gran fluidez. Como también ha vuelto a poder jugar a piedra, papel o tijera o agarrar un vaso de una mesa para beber de él. Al final del camino se encuentra la posibilidad futura de hacer la vida más fácil a lesionados medulares como Sorto o a personas que hayan sufrido amputaciones.

Erik Sorto bebe agua gracias al brazo robótico que controla con la mente a través de los elctrodos implantados en la corteza parietal posterior. ampliar foto
Erik Sorto bebe agua gracias al brazo robótico que controla con la mente a través de los elctrodos implantados en la corteza parietal posterior.

El proceso cognitivo del movimiento consiste, de forma simplificada, en una fase de intención y planificación y una posterior de ejecución. La primera tiene lugar en la corteza posterior parietal. La segunda en la corteza motora, desde donde se coordina la ejecución del movimiento. Las personas con lesión medular cuentan con estos sistemas intactos. El problema en estos pacientes está en el cableado que transmite las órdenes a las terminaciones nerviosas de los músculos responsables del movimiento: el traumatismo en la médula interrumpe las señales que mandan las neuronas de la corteza motora y la información no llega a su destino.

Los prototipos de robots inteligentes desarrollados hasta ahora acudían a esta zona del cerebro, la corteza motora, para recuperar las señales nerviosas relacionadas con el movimiento y controlar los dispositivos. Unos electrodos recogían la actividad de las neuronas y, tras ser moduladas por un ordenador, se interpretaban para mover los brazos biónicos. El resultado era un movimiento a golpes e incluso incompleto. Podía suceder incluso que los sensores no registraran la señal de todos los músculos involucrados en un determinado movimiento.

Para evitar esta serie de problemas, los autores del nuevo dispositivo se plantearon obtener las señales cerebrales de la fase previa a la ejecución del movimiento: la planificación. Esta estrategia tiene la ventaja de dirigirse al lugar donde se idea el movimiento de forma más intuitiva y global. Es decir, representado conceptualmente como un todo (dar la mano) en lugar de tomar la información de la corteza motora donde la acción ya está descompuesta en los distintos pasos a ejecutar (al ser la zona que controla los músculos, las órdenes son mucho más detalladas y específicas). La duda era si esta actividad neuronal podría ser descodificada y traducida al brazo para que ejecutara las ideas de movimiento más generales.

El primer paso consistía en saber dónde situar exactamente los electrodos que obtienen la información relacionada con la planificación del movimiento. O, de otra forma, dónde están las neuronas que transmiten estos impulsos eléctricos concretos. Para ello, los investigadores acudieron a equipos de resonancia magnética funcional, una técnica de diagnóstico por imagen con la que identificaron las zonas de la corteza parietal posterior que se activaban cuando se le pedía al paciente que imaginara que alcanzaba un objeto con su brazo. Aquí es donde se situaron las dos matrices de cuatro por cuatro milímetros (con 96 electrodos cada una de ellas) conectadas directamente a las neuronas de la corteza parietal posterior. Fue en abril de 2013 y la intervención quirúrgica duró cinco horas.

Momentos antes de la intervención en la que se instalaron los implantes que transmiten las señales cerebrales al robot articulado. ampliar foto
Momentos antes de la intervención en la que se instalaron los implantes que transmiten las señales cerebrales al robot articulado.

Sesenta días después del implante de los electrodos, Sorto comenzó a practicar con el brazo en el Rancho los Amigos National Rehabilitation Center. En este momento se desarrolla una fase de adaptación entre el cerebro humano y el artificial (el ordenador que interpreta las señales) en la que ambos aprenden a usar el interfaz, y se ajusta el movimiento a los pensamientos

“Fue toda una sorpresa que el paciente pudiera mover el brazo desde el primer día”, recuerda Richard Andersen, el primer investigador del estudio, “lo que demuestra cómo es de intuitivo el control del dispositivo cuando se acude a la corteza parietal posterior”. El mismo asombro ha expresado el propio paciente: “fue totalmente inesperado ver lo fácil que era [controlar el brazo robótico]. Recuerdo ese primer momento de tener esta experiencia extracorporal y las ganas que tenía de comenzar a chocar la mano con todo el mundo”.

José Luis Pons, del Grupo de Neuro-Rehabilitación del Instituto Cajal del CSIC, destaca que cada vez son más numerosos los grupos de investigación trabajan en esta misma línea de descodificar las señales nerviosas relacionadas con la intención y anticiparse a las de la coordinación del movimiento para conseguir que las prótesis se muevan de forma más natural y más parecida a un brazo biológico. “Es la tendencia generalizada actual”, añade.

No solo porque conseguir movimientos más coordinados le será más útil al usuario de estos brazos robóticos. Además, esta naturalidad aporta otro valor quizás más importante que el de la precisión en sí misma. “Conseguir un dominio de la prótesis lo más parecido al control biológico es fundamental para prevenir el rechazo, que suele producirse en estos casos cuando el usuario no siente el dispositivo como algo propio”, destaca Pons. “Es importante que psicológicamente, el brazo se perciba como algo integrado en la estructura corporal”.

De ahí la importancia de estos trabajos para el futuro de estos equipos aún experimentales. Y los esfuerzos de los investigadores en hacer de las prótesis objetos lo más humanos posibles. No solo perfeccionando el movimiento. Otros estudios ya están experimentando con afinar el control mediante la instalación de electrodos en la corteza somatosensorial del cerebro, y obtener de la extremidad biónica una respuesta relativa al tacto, la temperatura, e incluso fuerza a aplicar en el movimiento que permita aún más sentir el brazo como algo propio.

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