H. Song et al.

Questa gamba bionica può essere mossa con il solo pensiero

Una protesi controllata dalla mente è più simile a una parte del corpo di chi la indossa e promette di facilitare la deambulazione.

Quando si perde parte di una gamba, una protesi può facilitare gli spostamenti. Ma la maggior parte delle protesi sono statiche, ingombranti e difficili da muovere. Una nuova interfaccia neurale collega un arto bionico alle terminazioni nervose della coscia, permettendo all’arto di essere controllato dal cervello. Il nuovo dispositivo, descritto oggi su Nature Medicine, potrebbe aiutare le persone con amputazioni agli arti inferiori a sentirsi come se la protesi fosse parte di loro.

“Quando si chiede a un paziente “Che cos’è il tuo corpo?”, non si include la protesi”, afferma il biofisico del MIT Hugh Herr, uno degli autori principali dello studio. Il lavoro è personale per lui: ha perso entrambi gli arti inferiori in un incidente di arrampicata quando aveva 17 anni. Afferma che collegare il cervello alla protesi può farla sentire più parte dell’anatomia di una persona, con un impatto emotivo positivo.

Per collegare l’interfaccia neurale a una protesi sono necessarie due fasi. In primo luogo, i pazienti vengono sottoposti a un intervento chirurgico. Dopo l’amputazione della gamba, rimangono ancora porzioni di muscolo dello stinco e del polpaccio. L’intervento collega il muscolo dello stinco, che si contrae per far flettere la caviglia verso l’alto, al muscolo del polpaccio, che contrasta questo movimento. A questo punto è possibile applicare la protesi. Riallacciare i resti di questi muscoli può consentire alla protesi di muoversi in modo più dinamico. Può anche ridurre il dolore da arto fantasma e i pazienti hanno meno probabilità di inciampare e cadere.

“L’intervento si regge da solo”, dice Amy Pietrafitta, una para-atleta che lo ha subito nel 2018. “Mi sento come se avessi di nuovo la mia gamba”. Ma i movimenti naturali sono ancora limitati quando la protesi non è collegata al sistema nervoso.

Nella seconda fase, gli elettrodi di superficie misurano l’attività nervosa dal cervello ai muscoli del polpaccio e dello stinco, indicando l’intenzione di muovere la gamba. Un piccolo computer nella gamba bionica decodifica questi segnali nervosi e muove la gamba di conseguenza, permettendo al paziente di muovere l’arto in modo più naturale.

“Se si hanno arti biologici intatti, si può camminare su e giù per i gradini, ad esempio, senza nemmeno pensarci. È una cosa involontaria”, dice Herr. “Questo è il caso dei nostri pazienti, ma il loro arto è fatto di titanio e silicone”. Gli autori hanno confrontato la mobilità di sette pazienti che utilizzavano un’interfaccia neurale con quella dei pazienti che non avevano subito l’intervento. I pazienti che utilizzavano l’interfaccia neurale potevano camminare il 41% più velocemente e salire su superfici inclinate e gradini. Potevano anche schivare gli ostacoli più agilmente e avevano un equilibrio migliore. Inoltre, hanno descritto la sensazione che la protesi fosse davvero una parte del loro corpo, anziché un semplice strumento per spostarsi.

“È un approccio molto lungimirante”, afferma Hamid Charkhkar, ingegnere biomedico della Case Western Reserve University, che non ha partecipato allo studio. “I nostri arti non sono come le scarpe. Non sono indossati sopra il nostro corpo. Sono collegati integralmente al nostro corpo tramite ossa, muscoli e nervi”.

Ci sono delle limitazioni. L’intervento può essere effettuato durante l’amputazione o diversi anni dopo, ma non funzionerà allo stesso modo per tutti i pazienti. Se viene effettuato più tardi, ad esempio, i muscoli della parte superiore della coscia di alcune persone potrebbero essersi atrofizzati troppo gravemente per poterne beneficiare appieno.

L’intervento che collega i muscoli dello stinco e del polpaccio è diventato lo standard di cura al Brigham and Women’s Hospital di Boston. Ma gli elettrodi di superficie che danno ai pazienti il pieno controllo neurale degli arti sono ancora lontani dall’essere implementati clinicamente. Inoltre, le interfacce neurali sono state utilizzate solo in laboratorio e sarà importante capire come si comportano nel mondo reale.

Herr e il suo team del MIT sperano di fornire agli utenti un controllo ancora maggiore sugli arti protesici. In futuro, i loro sforzi comporteranno probabilmente la sostituzione degli elettrodi di superficie con sfere magnetiche, in grado di tracciare con maggiore precisione le dinamiche muscolari.

“L’obiettivo che abbiamo è quello di ricostruire i corpi”, dice Herr. E per realizzare pienamente questa ambizione, dice, “l’integrazione neurale e l’incarnazione sono il nostro obiettivo a lungo termine”.

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