Tornare a camminare in modo naturale dopo un’amputazione, grazie a una protesi intelligente che sfrutta una particolare tecnica chirurgica. A testare questa soluzione, un team di scienziati americani che l’hanno sperimentata su sette pazienti. Lo studio mostra che i volontari erano in grado di camminare più velocemente, evitare ostacoli e salire le scale in modo molto più naturale rispetto ad altri amputati trattati con un approccio convenzionale.
Oggi gli arti protesici all’avanguardia, combinando sensori e algoritmi, possono aiutare le persone amputate a ritrovare un’andatura naturale, ma non danno loro il pieno controllo neurale sull’arto. Grazie a un nuovo tipo di intervento chirurgico e un’interfaccia neuroprotesica, i ricercatori del Mit, in collaborazione con i colleghi del Brigham and Women’s Hospital, hanno dimostrato di poter ottenere un’andatura naturale, utilizzando una protesi completamente guidata dal sistema nervoso del paziente.
La procedura innovativa
La procedura, ‘battezzata’ Ami (agonist-antagonist myoneural interface), ricollega i muscoli dell’arto residuo, consentendo ai pazienti di ricevere un feedback sulla posizione dell’arto ‘artificiale’ nello spazio.
“Questo è il primo studio nella storia che mostra una protesi della gamba sotto completa modulazione neurale, con un’andatura biomimetica. Nessuno è stato in grado di evidenziare questo livello di controllo cerebrale che produce un’andatura naturale, dove è il sistema nervoso umano a controllare il movimento”, afferma Hugh Herr, co-direttore del K. Lisa Yang Center for Bionics del Mit e autore senior del nuovo studio.
Non solo: i pazienti hanno sperimentato meno dolore e meno atrofia muscolare in seguito a questo intervento chirurgico. Finora, circa 60 pazienti in tutto il mondo sono stati sottoposti all’intervento innovativo, che può essere eseguito anche per le persone con amputazioni del braccio, come si legge nello studio a prima firma Hyungeun Song su ‘Nature Medicine’.
La maggior parte dei movimenti degli arti è controllata da coppie di muscoli che, a turno, si allungano e si contraggono. Durante un’amputazione tradizionale sotto il ginocchio, le interazioni di questi muscoli accoppiati vengono interrotte. Ciò rende molto difficile per il sistema nervoso percepire la posizione di un muscolo e la velocità con cui si contrae: eppure si tratta di informazioni fondamentali per il cervello per decidere come muovere l’arto.
Le persone con questo tipo di amputazione possono avere difficoltà a controllare la protesi, proprio perché non riescono a percepire con precisione dove si trova l’arto. Per ovviare al problema, il team invece di interrompere le naturali interazioni muscolari agonista-antagonista, collega le due estremità dei muscoli in modo che continuino a comunicare tra loro all’interno del moncone. Questo intervento può essere eseguito durante un’amputazione, ma i muscoli possono essere ricollegati anche in un secondo momento.
In questa particolare ricerca, il team del Mit ha scoperto che il feedback sensoriale si traduce effettivamente in una capacità fluida e quasi naturale di camminare e superare gli ostacoli.
Un’andatura naturale
I ricercatori hanno confrontato sette persone che hanno subito un intervento chirurgico di Ami con altrettante che hanno avuto amputazioni tradizionali sotto il ginocchio. Tutti hanno poi utilizzato lo stesso tipo di protesi bionica, dotata di una caviglia potenziata ed elettrodi in grado di rilevare i segnali elettromiografici provenienti dal tibiale anteriore del gastrocnemio. Questi segnali vengono immessi in un controller robotico che aiuta la protesi a calcolare quanto piegare la caviglia e quanta forza applicare.
“Con il gruppo Ami, abbiamo visto emergere comportamenti biomimetici naturali”, conclude Herr. “L’altro gruppo era in grado di camminare, ma i movimenti della protesi non erano naturali e i loro movimenti erano generalmente più lenti.”
