Un descubrimiento inesperado sobre la retroalimentación de la temperatura ha llevado a una nueva tecnología biónica que permite a los amputados sentir la temperatura de los objetos, tanto calientes como fríos, directamente en la mano fantasma. La tecnología abre nuevas vías para las prótesis no invasivas.

« Cuando toco el muñón con la mano, siento un hormigueo en la mano que me falta, mi mano fantasma. Pero sentir la variación de temperatura es algo diferente, algo importante. algo hermoso », dice Francesca Rossi.

Rossi es un amputado de Bolonia, Italia. Recientemente participó en un estudio para probar los efectos de la retroalimentación de la temperatura directamente en la piel de su brazo residual. Ella es una de los 17 pacientes que han sentido su fantasma, la mano que le falta, cambio de temperatura gracias a la nueva tecnología EPFL. Más importante aún, informa sentirse reconectada con su mano perdida.

« La retroalimentación de la temperatura es una sensación agradable porque sientes la extremidad, la extremidad fantasma, por completo. Ya no se siente fantasma porque tu extremidad está de vuelta », continúa Rossi.

Los investigadores Silvestro Micera y Solaiman Shokur han estado interesados ​​en incorporar nueva retroalimentación sensorial en las extremidades protésicas para brindar un toque más realista a los amputados, y su último estudio se enfoca en la temperatura. Se toparon con un descubrimiento sobre la retroalimentación de la temperatura que supera con creces sus expectativas.

Si coloca algo caliente o frío en el antebrazo de un individuo intacto, esa persona sentirá la temperatura del objeto localmente, directamente en su antebrazo. Pero en los amputados, esa sensación de temperatura en el brazo residual se puede sentir. en la mano fantasma que falta.

Al proporcionar retroalimentación de temperatura de forma no invasiva, a través de electrodos térmicos (también conocidos como termodos) colocados contra la piel del brazo restante, los amputados como Rossi informan que sienten temperatura en su miembro fantasma. Pueden sentir si un objeto está caliente o frío y saber si están tocando cobre, plástico o vidrio. En una colaboración entre la EPFL, la Escuela de Estudios Avanzados de Sant’Anna (SSSA) y el Centro Protesi Inail, la tecnología se probó con éxito en 17 de los 27 pacientes. Los resultados se publican en Science.

« Es de particular importancia que el paciente perciba las sensaciones térmicas fantasma como similares a las sensaciones térmicas experimentadas por su mano intacta », explica Shokur, neuroingeniero científico sénior de la EPFL que codirigió el estudio.

Hacia un toque biónico realista

La proyección de sensaciones de temperatura en el miembro fantasma ha llevado al desarrollo de una nueva tecnología biónica, que equipa las prótesis con retroalimentación de temperatura no invasiva que permite a los amputados discernir lo que están tocando.

« La retroalimentación de temperatura es esencial para transmitir información que va más allá del tacto, conduce a sentimientos de afecto. Somos seres sociales y la calidez es una parte importante de eso », dice Micera, presidente de la Fundación Bertarelli en Neuroingeniería Traslacional, profesor de EPFL y SSSA que también codirigió el estudio. « Por primera vez, después de muchos años de investigación en mi laboratorio que muestra que la información del tacto y la posición se puede transmitir con éxito, contemplamos la posibilidad de restaurar todas las ricas sensaciones que puede proporcionar la mano natural ».

Feedback de temperatura, desde el bienestar hasta la prótesis

Hace unos años, Micera y Shokur se enteraron de un sistema que podría proporcionar retroalimentación de temperatura a través de la piel de sujetos sanos, también desarrollado en EPFL y derivado de Metaphysiks.

Metaphysiks ha estado desarrollando tecnología neuroháptica, MetaTouch, que conecta el cuerpo con mundos digitales. MetaTouch combina retroalimentación táctil y de temperatura para aumentar el bienestar de los productos físicos.

« Este avance destaca el poder de los hápticos para mejorar las condiciones médicas y mejorar la calidad de vida de las personas con discapacidades », dice Simon Gallo, cofundador y director de tecnología de Metaphysiks.

Los neuroingenieros de la EPFL tomaron prestado MetaTouch, que proporciona retroalimentación térmica directamente a la piel del usuario. Con este dispositivo descubrieron las sensaciones del fantasma térmico y posteriormente lo probaron en 27 amputados.

El prototipo Minitouch y las pruebas

Para el estudio, Shokur y Micera desarrollaron el MiniTouch, un dispositivo que proporciona retroalimentación térmica y está diseñado específicamente para integrarse en dispositivos portátiles como prótesis. El MiniTouch consta de un sensor portátil delgado que se puede colocar sobre el dedo protésico de una persona amputada. El sensor de dedo detecta información térmica sobre el objeto que se toca, más específicamente, la conductividad térmica del objeto. Si el objeto es metálico, naturalmente conducirá más calor o frío que, por ejemplo, uno de plástico. Un termodo, que está en contacto con la piel del brazo residual de la persona amputada, se calienta o se enfría, transmitiendo el perfil de temperatura del objeto que toca el sensor del dedo.

« Cuando presentamos la posibilidad de recuperar la sensación de temperatura en el miembro fantasma o la posibilidad de sentir el contacto con diferentes materiales, obtuvimos muchos comentarios positivos. Y, finalmente, pudimos reclutar a más de 25 voluntarios en menos de dos años », dice Federico Morosato, responsable de organizar el aspecto clínico de los ensayos en el Centro Protesi Inail.

Los científicos encontraron que pequeñas áreas de piel en el brazo residual se proyectan a partes específicas de la mano fantasma, como el pulgar o la punta de un dedo índice. Como era de esperar, descubrieron que el mapeo de las sensaciones de temperatura entre el brazo residual y todo el fantasma proyectado es único para cada paciente.

Prótesis biónicas para reparar el cuerpo humano

Hace casi una década, Micera y sus colegas proporcionaron información sensorial en tiempo real sobre los objetos que se sujetaban. Continuaron mejorando la resolución táctil al proporcionar retroalimentación sobre la textura de un objeto y la información de posición de una manera confiable. Además, descubrieron que los amputados comienzan a incorporar su mano protésica si reciben retroalimentación sensorial directamente en su sistema nervioso intacto. La sensación añadida de retroalimentación de la temperatura es otro paso más hacia la construcción de prótesis biónicas para reparar el cuerpo humano. Afinar las sensaciones de temperatura e integrarlas en un dispositivo portátil que se pueda asignar a cada paciente son parte de los próximos pasos.