Cuando Gyorgy Levay perdió partes de las cuatro extremidades, incluyendo la mayor parte de su brazo izquierdo, a la meningitis en 2010, resolvió sacar lo mejor de una mala situación.

Dominó sus reemplazos de prótesis de última generación. Cambió el enfoque de sus estudios de posgrado de la ingeniería eléctrica a la biomédica. El húngaro nativo incluso encontró interesante cómo seguía sintiendo sensaciones de la mano que ya no poseía.

Pero como la mayoría de los amputados, sintió que faltaba algo. Debido a que sus prótesis no tenían sentido del tacto, los sentía como apegos extraños.

Gracias a un equipo de investigadores de la Universidad Johns Hopkins, ha aprendido cómo se sentirían si fueran parte de él. Levay fue el principal sujeto voluntario en un estudio de dos años en la universidad que dotó a un miembro artificial de la capacidad de sentir presión y dolor.

Dirigido por Luke Osborn y Nitish Thakor, estudiante de posgrado y profesor en el departamento de ingeniería biomédica de Johns Hopkins, el equipo desarrolló una forma de "piel electrónica" que registra el tacto de la misma manera que lo hace el cuerpo humano.

Llevando esa "piel, "una funda de tela y goma con sensores que el equipo llamó e-dermis, en las yemas de los dedos de su prótesis de mano izquierda, Levay recogió varios pequeños, objetos redondeados, luego hizo lo mismo con un objeto puntiagudo.

Al recoger los objetos redondeados, sintió varios niveles de presión física; al sostener el objeto puntiagudo, sintió dolor.

Para Levay, sentía como si un apéndice sin vida —su mano y brazo izquierdos— estuviera naciendo de nuevo.

"Normalmente mi 'mano' se siente un poco como un caparazón hueco, ", dijo en una entrevista telefónica desde su ciudad natal de Budapest." Cuando estas estimulaciones electrónicas comenzaron a suceder, se sintió un poco como llenar un guante con agua, casi como si se estuviera llenando de vida ".

El experimento marcó la primera vez que un amputado pudo sentir una variedad de presiones físicas benignas a través de un dispositivo protésico, y la primera vez que alguien sintió dolor.

"Por primera vez, una prótesis puede proporcionar una variedad de percepciones, del tacto fino al tacto nocivo, a un amputado, y esto lo hace mucho más parecido a una mano humana, "dijo Thakor, el cofundador de Infinite Biomedical Technologies, una pequeña empresa con sede en Baltimore que suministró el hardware protésico para el estudio.

Un artículo sobre el estudio apareció en la revista. Ciencia Robótica el mes pasado.

Los avances son los últimos en un área de investigación que se ha expandido rápidamente durante la última década y media. gracias en gran parte al trabajo realizado en Johns Hopkins.

No fue hasta hace unos cuatro años, aunque, que los investigadores de la Universidad Case Western Reserve en Cleveland y en otros lugares comenzaron a tomar medidas para imbuir dispositivos protésicos con el tacto.

Esos investigadores lograron sus resultados colocando sensores electrónicos en las prótesis. Estos diminutos dispositivos pueden registrar el tacto traducirlo en señales electrónicas y enviar las señales a través de un conjunto de cables a las ubicaciones adecuadas en lo que quedaba de las extremidades de los usuarios.

Todo experimento pionero tiene sus limitaciones, y estos no fueron la excepción. El proceso requirió una cirugía invasiva — tuvieron que implantarse electrodos en las extremidades residuales para recibir las señales y transmitirlas a través del sistema nervioso — y el trabajo proporcionó sólo un rango estrecho de sensaciones de presión.

El equipo de Hopkins se propuso ampliar el menú de sensaciones proporcionadas, hasta e incluyendo el dolor, una categoría de sentimiento que, aunque siempre desagradable, cumple una función crucial de supervivencia.

"El dolor es una sensación que usamos para proteger nuestro cuerpo, ", Dijo Osborn." Podemos darlo por sentado, y ciertamente no siempre nos gusta, pero sirve como un sistema de alerta, ayudándonos a evitar eventos dañinos ".

El equipo, que incluía a miembros de los departamentos de ingeniería eléctrica de Johns Hopkins, ingeniería informática y neurología, recurrió a la biología para su modelo.

Las células receptoras sensoriales en la piel humana, ellos observaron, están situadas en varios niveles, con los responsables de la sensación dolorosa (nociceptores) principalmente cerca de la superficie de la piel y los responsables de la sensación de presión (mecanorreceptores) situados más profundamente.

Para replicar este sistema, diseñaron e-dermis para tener sensores dispuestos en dos capas, en lugar de uno como los ingenieros anteriores.

Entonces, el desafío fue "enseñar" a los sensores de cada capa a generar las sensaciones apropiadas para esa capa.

De nuevo, recurrieron a la biología.

El equipo estudió las frecuencias, amplitudes y longitudes de onda de las señales que normalmente envía el cuerpo cuando genera sensaciones de presión y dolor. Luego calibraron el aparato sensorial para imitar esas variables.

Osborn elaboró ​​este enfoque "neuromórfico", es decir, la creación de tecnología que imita patrones biológicos.

"Sabíamos cómo se ve un pulso eléctrico para el dolor, así como pulsos que transmiten información de presión, textura y así sucesivamente, ", dijo." Creamos pulsos similares y los comparamos con lo que los sujetos realmente perciben ".

El siguiente desafío fue garantizar que el sistema fuera espacialmente preciso, es decir, que si se produce contacto en el dedo índice protésico, el cerebro lo percibe como proveniente de ese lugar.

Lo lograron a través de un "mapeo sensorial:sondeando cada centímetro cuadrado del muñón del sujeto y observando dónde el sujeto" sintió "cada uno de esos toques en su mano" fantasma ".

El proceso permitió a Osborn y compañía conectar el sensor en el dedo índice, por ejemplo, directamente al nervio del muñón que normalmente se conectaría al dedo índice real.

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"Esos nervios que solían ir a tu mano siguen ahí, simplemente ya no están conectados a la mano, ", Dijo Osborn." Al estimular cada uno de esos nervios, activamos la ubicación en el cerebro que dice 'dedo meñique, 'o' dedo índice, 'o' pulgar, 'y la sensación idealmente debería sentirse como se sentiría antes de la amputación ".

Habiendo mapeado los patrones nerviosos con tanta precisión, el equipo pudo evitar la necesidad de la implantación invasiva de electrodos metálicos en el muñón.

Conectaron cables de la prótesis a las ubicaciones apropiadas de la extremidad, pero lo hicieron en la superficie de la piel, un proceso que es mucho más fácil para el tema.

Levay dijo que apreciaba eso en muchos niveles.

Estaba estudiando ingeniería biomédica con una beca Fulbright en Johns Hopkins cuando Thakor y Osborn comenzaron su investigación en 2015.

Porque estaba interesado a nivel personal y profesional, y físicamente cerca, hizo el sujeto voluntario ideal para el estudio, que fue financiado por subvenciones del Laboratorio de Física Aplicada Johns Hopkins y el Instituto Nacional de Ingeniería e Imágenes Biomédicas, una división de los Institutos Nacionales de Salud, entre otras fuentes.

El grupo trabajó con varios amputados voluntarios durante el estudio, pero debido a que estuvo disponible constantemente durante varios meses, Levay emergió como el central, tema sin nombre del artículo, titulado "Prótesis con e-dermis neuromórfica multicapa que percibe el tacto y el dolor".

Los experimentos fueron dolorosos al principio, Levay dijo con una risa, mientras Osborn buscaba encontrar la combinación adecuada entre las descargas que daba y las sensaciones que sentía Levay.

Cuanto más tiempo trabajaban juntos, aunque, cuanto más se acercaba la correlación, hasta que el único dolor que sintió durante las sesiones fue cuando levantó el objeto puntiagudo, indicando que el experimento había logrado su objetivo.

Ese, él dijo, era un dolor que estaba muy feliz de sentir.

"La e-dermis todavía no funciona a la perfección, "Levay dijo, "but it's definitely a step further in bringing sensations back to the hand."

©2018 The Baltimore Sun
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