En 1982, cuando tenía tan solo 17 años y escalaba en Huntington Ravine (New Hampshire), Hugh Herr fue sorprendido por una ventisca que lo mantuvo perdido durante tres noches en un lugar inhóspito, con temperaturas cercanas a los 30 grados bajo cero. Fue rescatado con vida, pero las consecuencias del frío extremo al que estuvo sometido obligaron a amputarle ambas piernas.
Tras el accidente, el biofísico decidió dedicar su carrera a desarrollar prótesis tecnológicamente avanzadas, un objetivo que ha cumplido con creces. Considerado un referente mundial en biónica, ha recibido numerosos reconocimientos por su labor, como el Premio Princesa de Asturias de Investigación Científica y Técnica, que ganó en 2016 “por haber diseñado las primeras prótesis que consiguen emular la locomoción humana, permitiéndole superar discapacidades como las que él mismo tiene”, según ha destacado el jurado.
Este lunes, la revista Medicina de la naturaleza destaca un nuevo avance del científico estadounidense. Se trata de un interfaz neuroprotésica lo que permite que una pierna binica responda completamente al sistema nervioso del usuario. «Ningún estudio anterior había podido demostrar este nivel de control cerebral», subrayó Herr durante la presentación del prototipo a la prensa. «Es el sistema nervioso el que controla el movimiento», añadió.
La interfaz le permite restaurar el propiocepción La sensación que se tiene de tener una pierna normal es la del individuo, la capacidad natural que tiene cualquier persona para percibir la posición y el movimiento de las distintas partes de su cuerpo. «La sensación es como si tuviera una pierna normal. Se siente natural, se mueve de forma natural», añade el investigador del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), cuyo equipo realizó un ensayo con 14 personas, todas ellas con amputación por debajo de la rodilla en una de sus piernas.
La mitad de ellos recibió el dispositivo desarrollado por Herr, mientras que el resto recibió una prótesis más convencional. Y los resultados mostraron beneficios palpables del nuevo enfoque, llamado A MÍ y que conecta quirúrgicamente pares de músculos agonistas-antagonistas (necesarios para caminar correctamente) con electrodos externos que se pueden quitar y son capaces de ‘leer’ y enviar información a la médula espinal sobre la posición y el movimiento de la extremidad.
Según los investigadores, a las personas con una pierna amputada por debajo de la rodilla les resulta difícil recuperar la marcha normal a pesar de la creciente sofisticación tecnológica de las prótesis que se han desarrollado en los últimos años. Esto se debe a que cuando movemos una pierna se activan una gran cantidad de músculos, que actúan en parejas agonista-antagonista, y mientras actúan envían todo tipo de señales propioceptivas al sistema nervioso, informándole, por ejemplo, de cómo funciona la pierna. se está ejecutando el movimiento o dónde está la pierna. Después de una amputación, esta dinámica se pierde, proceso que el dispositivo diseñado por Herr intenta restaurar.
Al medir la eficacia de la prótesis biónica, los investigadores descubrieron que la velocidad al caminar era un 41% más rápida en las personas que llevaban el dispositivo. De hecho, su forma de andar era similar a la de una persona sin amputación, afirman. La utilidad del dispositivo fue probada no sólo en suelos lisos, pero en escaleras, rampas o terrenos con obstáculosseñalan.
Para Eduardo Rocón, investigador del Centro de Automática y Robótica del CSIC, «se trata de Una investigación muy interesante que permite avanzar en un campo muy de moda, la integración de robótica y neurología«.
El gran aporte del trabajo, señala, es que permite control por el cerebro y al mismo tiempo que el cerebro recibe información a través de implantes «Se colocan sobre los músculos residuales resultantes de la imputación. El hecho de que la persona pueda sentir lo que está sucediendo le ayuda a controlarlo mejor», afirma el investigador, que recuerda que cuando caminamos adaptamos nuestra marcha a las características de la terreno o las necesidades del momento. Por ejemplo, no es lo mismo correr sobre asfalto que correr sobre arena.
Rocon destaca que esto mejora en la propiocepción Lo que el dispositivo consigue es posible gracias a la estimulación parcial de los músculos residuales, lo que demuestra que sólo con información parcial, el cerebro es capaz de extrapolar esos datos y actuar en consecuencia.
«En este trabajo se ha desarrollado una prótesis de miembro inferior que permite adquirir información sobre la ejecución del movimiento y activar nervios con función propioceptiva que proporcionan información a la médula espinal y, posteriormente, al cerebro. Al incorporar información propioceptiva, el sistema nervioso central tiene una mayor capacidad para regular el movimiento que se va a realizar con la prótesis. En concreto, la biomecánica de la marcha se consigue para tener una ejecución de movimientos más parecida a la de personas sin lesiones. recoger información sobre la presión que se produce al sostener y levantar la prótesis del suelo», señala, en declaraciones a SMC España Juan de los Reyes Aguilar, jefe del Grupo de Neurofisiología Experimental de la Unidad de Investigación del Hospital Nacional de Parapléjicos de Toledo. «Además, se obtiene electromiografía de la contracción muscular en regiones conservadas de la pierna, por encima del nivel de la amputación. Ambos tipos de información se transforman en Descargas eléctricas que sirven para activar los nervios propioceptivos de la pierna. “Se trata de una prótesis que se coloca entre la rodilla y el lugar de la amputación, lo que da como resultado una ‘prótesis activa’, ya que aporta información propioceptiva al sistema nervioso central para lograr una mejor regulación del movimiento”, afirma.
De los Reyes añade que, “aunque desde hace tiempo existen prótesis para personas con amputaciones, los modelos utilizados hasta ahora carecían de capacidad para transmitir información propioceptiva, por lo que los autores las denominan ‘prótesis pasivas’El trabajo demuestra que la implantación de prótesis activas en personas con amputación consigue recuperar una biomecánica próxima a la del movimiento natural (lo que los autores denominan ‘biomímica’). Además, presentaban mayor velocidad al caminar que las personas con prótesis sin sensores propioceptivos. Asimismo, al disponer de más información propioceptiva, las personas que utilizaban la prótesis activa mostraban una mayor capacidad de actuación ante obstáculos inesperados o la necesidad de cambiar el movimiento de caminar a subir una escalera.
«Aunque el resultado supone una mejora de las funciones perdidas por las personas con un miembro inferior amputado», continúa el experto, «el mecanismo que hay que poner en marcha es más voluminoso, pesado y complejo que la prótesis sin sensores. Es posible que el aspecto excesivamente voluminoso de la prótesis activa pueda generar rechazo en su uso por parte de algunas personas, siendo las prótesis clásicas más fáciles de llevar y más integradas en la anatomía de la persona, permitiendo vestir con normalidad, etc. Los autores comentan esto punto y considere que tal vez pueda ser un Limitar el uso prolongado de prótesis activas.. Por tanto, una de las mejoras previsibles en el diseño de las futuras prótesis activas requerirá la miniaturización de la tecnología; «Puede ayudar a reducir el peso y el volumen de todo el mecanismo necesario para implantar los sensores y transmitir información propioceptiva».
