Come gli impianti e un braccio robotico lasciano che un uomo paralizzato riacquisti la sensazione

Come gli impianti e un braccio robotico lasciano che un uomo paralizzato riacquisti la sensazione

Nathan Copeland, un uomo di 28 che non ha potuto sentire o muovere le braccia e le gambe inferiori dopo un incidente d'auto, ha riacquistato la sensazione di contatto attraverso un braccio robotico che controlla con il suo cervello.

L'intervento chirurgico di Copeland, che ha comportato l'impianto di quattro minuscole matrici di microelettrodi ciascuna circa la metà di un bottone di camicia nel suo cervello, è un primo medico.

Gli impianti si collegano alla Brain Computer Interface (BCI), sviluppata dai ricercatori dell'Università di Pittsburgh. Il team descrive i risultati in Science Translational Medicine.

"Il risultato più importante di questo studio è che la microstimolazione della corteccia sensoriale può suscitare sensazioni naturali invece di formicolio", afferma il coautore dello studio Andrew B. Schwartz, professore di neurobiologia e presidente di neuroscienze dei sistemi. “Questa stimolazione è sicura e le sensazioni evocate sono stabili per mesi.

"C'è ancora molta ricerca che deve essere effettuata per comprendere meglio i modelli di stimolazione necessari per aiutare i pazienti a compiere movimenti migliori".

Questo non è il primo tentativo della squadra per un BCI. Quattro anni fa, studia il coautore Jennifer Collinger, assistente professore di medicina fisica e riabilitazione, e ricercatore del VA Pittsburgh Healthcare System, e il team ha dimostrato un BCI che ha aiutato Jan Scheuermann, che ha la quadriplegia causata da una malattia degenerativa. Il video di Scheuermann che si nutre di cioccolato usando il braccio robotico controllato dalla mente è stato visto in tutto il mondo. Prima di ciò, Tim Hemmes, paralizzato in un incidente in moto, allungò una mano per toccare le mani con la sua ragazza.

Ma il modo in cui le nostre braccia si muovono e interagiscono naturalmente con l'ambiente che ci circonda è dovuto a qualcosa di più del semplice pensare e muovere i muscoli giusti. Siamo in grado di distinguere tra un pezzo di torta e una lattina di soda attraverso il tocco, raccogliendo la torta più delicatamente della lattina. Il costante feedback che riceviamo dal senso del tatto è di fondamentale importanza in quanto indica al cervello dove muoversi e di quanto.

Per il leader dello studio Robert Gaunt, assistente professore di medicina fisica e riabilitazione, quello fu il passo successivo per il BCI.

Mentre Gaunt e colleghi stavano cercando il candidato giusto, hanno sviluppato e perfezionato il loro sistema in modo tale che gli input dal braccio robotico siano trasmessi attraverso una matrice di microelettrodi impiantati nel cervello in cui si trovano i neuroni che controllano il movimento della mano e il tocco. L'array di microelettrodi e il suo sistema di controllo, che sono stati sviluppati da Blackrock Microsystems, insieme al braccio robotico, costruito dall'Applied Physics Lab della Johns Hopkins University, hanno formato tutti i pezzi del puzzle.

La storia di Copeland

Nell'inverno di 2004, Copeland, che all'epoca era 18, guidava di notte quando pioveva in un incidente d'auto che gli si spezzò il collo e si ferì il midollo spinale, lasciandolo con quadriplegia dalla parte superiore del torace verso il basso.


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Dopo l'incidente, si era iscritto a un registro di pazienti disposti a partecipare a studi clinici. Quasi un decennio dopo, il team di ricerca ha chiesto se fosse interessato a partecipare allo studio sperimentale.

Dopo aver superato i test di screening, Copeland è stato portato in sala operatoria la scorsa primavera. Le tecniche di imaging sono state utilizzate per identificare le regioni esatte nel cervello di Copeland corrispondenti ai sentimenti di ciascuna delle sue dita e del suo palmo.

"Posso sentire quasi ogni dito, è una sensazione davvero strana", ha detto Copeland circa un mese dopo l'intervento. “A volte sembra elettrico e talvolta la sua pressione, ma per la maggior parte, posso dire la maggior parte delle dita con una precisione definita. Mi sembra che le mie dita vengano toccate o spinte. "

In questo momento, Copeland può sentire la pressione e distinguere la sua intensità in una certa misura, sebbene non sia in grado di identificare se una sostanza è calda o fredda, spiega il co-investigatore dello studio e neurochirurgo Elizabeth Tyler-Kabara.

Gaunt afferma che tutto ciò che riguarda il lavoro ha lo scopo di sfruttare le capacità naturali esistenti del cervello per restituire alla gente ciò che è stato perso ma non dimenticato.

"L'obiettivo finale è quello di creare un sistema che si muova e si senta proprio come farebbe un braccio naturale", afferma Gaunt. "Abbiamo una lunga strada da percorrere per arrivarci, ma questo è un ottimo inizio."

Il programma di protesi rivoluzionaria dell'Agenzia per i progetti di ricerca avanzata della difesa ha fornito la maggior parte dei finanziamenti.

Fonte: Università di Pittsburgh

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