La Gamba Bionica Controllata dal Cervello Rivoluziona la Mobilità degli Amputati: Come Funziona Questa Nuova Tecnologia?
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Svelata la tecnologia delle gambe bioniche controllate dal cervello
Un nuovo studio innovativo ha scoperto che una gamba bionica controllata dal cervello ha aiutato le persone amputate a camminare più velocemente e ad aggirare più facilmente gli ostacoli.
Questa nuova protesi offre agli utenti un’andatura più naturale e una migliore stabilità, un passo avanti nella tecnologia del movimento.
La gamba bionica a controllo cerebrale rivoluziona la mobilità degli amputati
Svelata la tecnologia delle gambe bioniche controllate dal cervello: come funziona?
La gamba robotica legge i muscoli rimanenti del paziente e controlla una caviglia alimentata elettricamente. In questo modo la persona che la indossa può piegare, puntare e ruotare il piede semplicemente pensandoci. Per questo motivo, le persone che le utilizzano camminano in modo più naturale, sono più stabili sulle scale e sui terreni irregolari e possono camminare il 41% più velocemente rispetto alle protesi standard.
Il Prof. Hugh Herr, co-direttore del K Lisa Yang Center for Bionics del MIT e autore principale dello studio, ha dichiarato che nessuno ha ancora dimostrato il livello di controllo cerebrale necessario per ottenere un’andatura naturale in cui il movimento è controllato dal sistema nervoso invece che da un programma di controllo robotico. Herr aveva perso entrambe le gambe perché si erano gravemente congelate quando era stato sorpreso da una bufera di neve durante un’arrampicata su roccia nel 1982. Anche se ha perso entrambe le gambe decenni fa, spera di ottenere gambe bioniche simili.
L’interfaccia mioneurale agonista-antagonista (AMI) è un nuovo metodo chirurgico necessario per il dispositivo. Questo intervento mantiene due serie di collegamenti muscolari importanti per il movimento del piede.
Queste connessioni vengono tagliate durante le normali amputazioni, ma la chirurgia AMI ricollega i muscoli rimanenti. In questo modo, le contrazioni dei muscoli vengono tracciate e trasformate in movimenti della caviglia alimentata elettricamente.
Lo studio, pubblicato su Nature Medicine, ha messo a confronto sette persone con gambe bioniche e sette con arti normali. Le persone che si sono sottoposte a un intervento chirurgico su una gamba bionica hanno dichiarato di avere meno dolore e perdita di massa muscolare. Inoltre, ritenevano che i loro arti artificiali si adattassero meglio al loro corpo.
Herr ha spiegato che le protesi diventano parte del corpo di una persona quando questa può controllare e sentire direttamente come le muove. Ha detto che questo può essere un evento molto emozionante per le persone che lo affrontano.
Applicazioni nel mondo reale e prospettive future
Amy Pietrafitta, una para-atleta che si è sottoposta all’intervento nel 2018, ha raccontato quanto sia soddisfatta della tecnologia. Si sente come se avesse riavuto la sua gamba e che ha molti usi utili. Tuttavia, i movimenti naturali sono ancora limitati quando la protesi non è collegata al sistema nervoso.
I sensori di superficie captano l’attività nervosa dal cervello ai muscoli del polpaccio e dello stinco. Questa attività indica che la persona vuole muovere la gamba. Un piccolo computer nella gamba bionica legge questi messaggi e muove la gamba in risposta, rendendo il movimento dell’arto più naturale.
Herr ha detto che per le persone i cui arti biologici funzionano ancora, cose come salire e scendere le scale sono automatiche e non possono essere fermate. Lo stesso vale per i loro pazienti, anche se le loro braccia sono fatte di titanio e silicone.
I pazienti che hanno utilizzato l’interfaccia neurale hanno potuto camminare il 41% più velocemente e più rapidamente su scale e superfici inclinate. Hanno anche detto che la protesi non sembrava uno strumento, ma una parte normale del loro corpo.
Il team del MIT vuole introdurre la gamba bionica sul mercato entro cinque anni. L’obiettivo è quello di cambiare il modo in cui le persone di tutto il mondo vengono curate negli ospedali.
Herr ha dichiarato di ritenere che questa tecnologia farà una grande differenza nell’assistenza clinica di molte persone in tutto il mondo. Ha sottolineato il loro impegno per rendere questa tecnologia disponibile a tutti coloro che ne hanno bisogno.
La dottoressa Sigrid Dupan, esperta di protesi presso l’University College di Dublino, ha elogiato lo studio e ha affermato che i risultati su come le persone affrontano i diversi tipi di terreno miglioreranno la loro vita. Secondo la dottoressa, l’intervento può essere effettuato durante la prima amputazione o come follow-up. Con i progressi compiuti nelle interfacce neurali, il futuro delle protesi appare luminoso, con braccia bioniche più facili da controllare e meglio integrate nel corpo.
L’arto protesico consente all’amputato di rilevare le variazioni di temperatura grazie a un nuovo dispositivo
Un arto protesico modificato ha permesso a un amputato di percepire le variazioni di temperatura e di percepire il contatto con un altro essere umano.
Un nuovo dispositivo nell’arto protesico consente di rilevare le variazioni di temperatura
Per la prima volta, gli scienziati hanno permesso a un amputato di percepire le variazioni di temperatura attraverso la sua mano protesica. Questa pietra miliare supera quella che è considerata una delle ultime sfide per dotare le protesi dell’intero spettro di sensi di cui dispone un arto umano.
L’impianto di un minuscolo dispositivo sulla mano protesica del paziente è riuscito in questa impresa. Un sensore di temperatura è stato posizionato sulla punta del dito indice e collegato a un termode collegato alla parte restante del braccio del paziente.
Ciò ha portato a un ciclo di feedback, in cui le variazioni di temperatura rilevate dal sensore sono state trasmesse al sistema nervoso centrale del paziente. Il cervello poteva quindi interpretare le variazioni di temperatura come se fossero percepite dall’arto protesico.
È il caso del 57enne Fabrizio. All’età di 20 anni gli era stato amputato il braccio destro sotto il gomito. Fabrizio è diventato il primo destinatario dei nuovi dispositivi.
Nel corso di oltre un anno, Fabrizio ha partecipato a esperimenti di laboratorio che hanno dimostrato la capacità del suo arto protesico modificato di rilevare le temperature.
In un esperimento specifico, Fabrizio è riuscito a distinguere tra acqua, che appariva visivamente uguale, con un intervallo di temperatura compreso tra 20 e 40 gradi Celsius. È stato in grado di determinare correttamente le temperature ogni volta che il nuovo dispositivo è stato utilizzato, contro il 33% delle volte in cui il dispositivo era spento.
In un altro test, è stato in grado di selezionare cubi di metallo con temperature diverse più rapidamente con il dispositivo rispetto a quando lavorava senza. In un altro caso, Fabrizio è stato bendato ed è stato in grado di distinguere tra un braccio umano e un braccio protesico attraverso il punzecchiamento. Questo è stato osservato nell’80% dei test con il dispositivo e nel 60% dei test senza il dispositivo.
Tecnologie protesiche
Il caso è stato documentato nello studio “Una protesi della mano sensomotoria con feedback termico integrato'”. I ricercatori ritengono che l’invenzione potrebbe diventare utile per il funzionamento e per rendere più piacevole la vita delle persone amputate.
Secondo Silvestro Micera, coautore dello studio e professore di neuroingegneria traslazionale presso il Politecnico federale di Losanna, si tende a sottovalutare l’importanza della mano come mezzo per interagire efficacemente con gli altri.
Nel corso degli anni, i progressi tecnologici hanno migliorato la capacità degli arti protesici di percepire il tatto. Tuttavia, è stato difficile riprodurre artificialmente la percezione della temperatura.
Nel 2023, il team di Micera ha scoperto che le persone a cui erano state asportate alcune parti del braccio erano ancora in grado di percepire varie temperature applicate sulla pelle degli arti residui. Inoltre, è noto che le persone amputate spesso continuano a percepire l’arto perduto come se fosse ancora lì, un fenomeno noto come arto fantasma.
I ricercatori hanno ideato un modo per massimizzare questa sensazione residua e incorporare la tecnologia in un arto protesico commerciale. Per questo motivo i test sono stati eseguiti con Fabrizio, che si è unito allo studio originale del 2023 e che già disponeva di un arto protesico.
Micera osserva che il vantaggio del dispositivo è che non è necessario cambiare la protesi dell’arto amputato. Inoltre, il dispositivo è alimentato da una batteria, quindi non è necessario collegarlo.
Jeroen Bergmann, professore associato di scienze ingegneristiche dell’Università di Oxford che non ha partecipato allo studio, osserva che sono necessari dispositivi che offrano ai pazienti modalità naturali di interazione con l’ambiente. Bergmann aggiunge che l’impresa è un approccio promettente per colmare questa lacuna. Tuttavia, è necessario un ulteriore lavoro per renderli adatti alle applicazioni reali e agli ambienti quotidiani.
I ricercatori stanno ora lavorando per perfezionare il dispositivo. Per esempio, intendono esaminare come alcuni fattori, come l’umidità e la temperatura dell’aria, possano influire sulle sue prestazioni. Nel prossimo futuro, sperano di creare una protesi in grado di ripristinare tutte le sensazioni che la mano umana può provare e di essere utilizzata in casa.
Una donna bionica riceve un arto protesico fuso con il suo sistema nervoso e scheletrico, diventando così la prima destinataria in assoluto di questo nuovo tipo di impianto
Una donna è stata definita la “vera donna bionica” dopo essere diventata la prima destinataria di un nuovo arto protesico che si è fuso con il suo sistema scheletrico e nervoso.
Perdita del braccio destro
La donna, Karin, 50 anni e svedese, ha ricevuto la protesi un paio di anni fa dopo aver perso la mano destra più di 20 anni fa in un incidente agricolo. Dopo l’incidente, ha passato diversi anni a soffrire di dolore da arto fantasma. Inoltre, ha trovato gli arti artificiali convenzionali scomodi e inadatti a un uso quotidiano regolare.
Karin racconta che le sembrava di avere la mano costantemente dentro un tritacarne. Ciò ha comportato un aumento dello stress. In effetti, ha dovuto persino assumere dosi elevate di antidolorifici.
L’arto protesico si è fuso con il sistema nervoso e scheletrico della donna bionica.
Ora, secondo un nuovo studio, Karin è in grado di fare l’80% di quello che faceva quando aveva entrambe le mani. Riesce persino a percepire le sensazioni dell’arto protesico.
L’arto artificiale è in grado di funzionare da tre anni. Per questo motivo, l’arto è diventato altamente integrato nella vita di Karin. Con la protesi, può cucinare i pasti, girare le maniglie delle porte e svolgere diverse attività quotidiane.
Il ricercatore principale, il dottor Max Ortiz-Catalan, spiega che, sebbene siano ancora lontani dalle funzioni di una mano biologica, questo è sicuramente un enorme passo avanti.
Per lo sviluppo dell’arto bionico di Karin ha collaborato un team multidisciplinare di chirurghi e ingegneri provenienti da Australia, Italia e Svezia. Lo studio è stato diretto dal professor Rickard Brånemark, professore associato presso l’Università svedese di Göteborg e ricercatore affiliato al Massachusetts Institute of Technology (MIT). L’impegno dello studio è iniziato nel 2019 e illustra il primo impianto permanente neuromuscolare in assoluto.
Brånemark spiega che, combinando l’osteointegrazione con la chirurgia ricostruttiva, l’intelligenza artificiale e gli elettrodi impiantati, sono stati in grado di ripristinare la funzionalità degli esseri umani senza precedenti, aggiungendo che gli obiettivi principali sono quelli di offrire metodi di sostituzione più naturali per gli arti perduti e di migliorare la qualità della vita per coloro che hanno a che fare con le amputazioni.
Il team ha abbinato l’osteointegrazione, che prevede il collegamento delle ossa agli elettrodi impiantati nei muscoli e nei nervi, a un intervento di reinnervazione muscolare mirata (TMR). Questo intervento riorganizza i muscoli e i nervi dell’arto residuo e li collega agli altri muscoli rimasti.
Quando è collegato all’impianto metallico, il nuovo braccio protesico di Karin, chiamato Mia Hand e realizzato dall’azienda italiana Prensilia, traduce l’attività delle ossa e del sistema nervoso nel dispositivo. Karin può anche toglierlo volontariamente.
Il funzionamento collaborativo di questi elementi imita il modo in cui il cervello trasmette i messaggi al corpo affinché questo si muova.
Poiché i nervi funzionano con successo, la ricerca ha spiegato che la mano bionica di Karin ha anche un limitato senso del tatto. Il professor Christian Cipriani, della Scuola Superiore Sant’Anna, spiega che la procedura è di notevole importanza perché serve a consolidare le tecnologie robotiche e protesiche disponibili, che potrebbero avere un forte impatto sulla vita delle persone.
L’équipe ritiene che anche gli amputati potrebbero beneficiare dei risultati ottenuti come Karin. Karin ha anche condiviso che la vita quotidiana è diventata più facile dopo essersi sottoposta all’intervento nel 2018 e ha iniziato a usare l’arto protesico a metà del 2019.
Il dottor Ortiz-Catalan spiega che Karin è la prima persona con un’amputazione sotto il gomito che ha potuto ricevere il nuovo concetto di protesi. In genere, le amputazioni al di sotto del gomito comportano delle difficoltà, come ha osservato Brånemark. Pertanto, la funzionalità raggiunta rappresenta una pietra miliare nel settore.
Austin Jay & Kendra Stacy
Fonte: sciencetimes.com
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