Los amputados a menudo experimentan la sensación de un "miembro fantasma", una sensación de que todavía hay una parte del cuerpo que falta.

Esa ilusión sensorial está más cerca de convertirse en realidad gracias a un equipo de ingenieros de la Universidad Johns Hopkins que ha creado una máscara electrónica. Cuando se coloca encima de manos protésicas, esta e-dermis devuelve un verdadero sentido del tacto a través de las yemas de los dedos.

"Despues de muchos años, Sentí mi mano como si un cascarón hueco se volviera a llenar de vida, "dice el amputado anónimo que se desempeñó como principal probador voluntario del equipo.

Hecho de tela y goma con sensores para imitar las terminaciones nerviosas, e-dermis recrea el sentido del tacto y el dolor al detectar los estímulos y transmitir los impulsos a los nervios periféricos.

"Hemos creado un sensor que pasa por las yemas de los dedos de una mano protésica y actúa como lo haría su propia piel, "dice Luke Osborn, estudiante de posgrado en ingeniería biomédica. "Está inspirado en lo que está sucediendo en biología humana, con receptores tanto para el tacto como para el dolor.

"Esto es interesante y nuevo, "Osborn dijo, "porque ahora podemos tener una mano protésica que ya está en el mercado y ajustarla con una e-dermis que puede decirle al usuario si está recogiendo algo que es redondo o si tiene puntas afiladas".

El trabajo, publicado el 20 de junio en la revista Ciencia Robótica - muestra que es posible restaurar una gama de naturales, sentimientos basados ​​en el tacto para los amputados que usan prótesis. La capacidad de detectar el dolor podría ser útil, por ejemplo, no solo en manos protésicas sino también en prótesis de miembros inferiores, alertar al usuario sobre posibles daños en el dispositivo.

La piel humana contiene una compleja red de receptores que transmiten una variedad de sensaciones al cerebro. Esta red proporcionó una plantilla biológica para el equipo de investigación, que incluye miembros de los departamentos de Ingeniería Biomédica de Johns Hopkins, Ingeniería Eléctrica y Computación, y neurología, y del Instituto de Neurotecnología de Singapur.

Dar un toque más humano a los diseños protésicos modernos es fundamental, especialmente cuando se trata de incorporar la capacidad de sentir dolor, Dice Osborn.

"Dolor es, por supuesto, desagradable, pero también es imprescindible, sentido protector del tacto que falta en las prótesis que están disponibles actualmente para los amputados, ", dice." Los avances en los diseños de prótesis y los mecanismos de control pueden ayudar a una persona amputada a recuperar la función perdida, pero a menudo carecen de significado, retroalimentación táctil o percepción ".

Ahí es donde entra la e-dermis, transmitir información al amputado mediante la estimulación de los nervios periféricos del brazo, haciendo que el llamado miembro fantasma cobre vida. El dispositivo e-dermis hace esto estimulando eléctricamente los nervios del amputado de una manera no invasiva, a través de la piel, dice el autor principal del artículo, Nitish Thakor, profesor de ingeniería biomédica y director del Laboratorio de Neuroingeniería e Instrumentación Biomédica en Johns Hopkins.

"Por primera vez, una prótesis puede proporcionar una variedad de percepciones, de tacto fino a nocivo a amputado, haciéndolo más como una mano humana, "dice Thakor, cofundador de Infinite Biomedical Technologies, la empresa con sede en Baltimore que proporcionó el hardware protésico utilizado en el estudio.

Inspirado en la biología humana, la e-dermis permite a su usuario sentir un espectro continuo de percepciones táctiles, desde un toque ligero hasta un estímulo nocivo o doloroso. El equipo creó un "modelo neuromórfico" que imita el tacto y los receptores del dolor del sistema nervioso humano. permitiendo que la e-dermis codifique electrónicamente las sensaciones tal como lo harían los receptores en la piel. Seguimiento de la actividad cerebral mediante electroencefalografía, o EEG, el equipo determinó que el sujeto de prueba podía percibir estas sensaciones en su mano fantasma.

Luego, los investigadores conectaron la salida de e-dermis al voluntario mediante el uso de un método no invasivo conocido como estimulación nerviosa eléctrica transcutánea. o TENS. En una tarea de detección de dolor, El equipo determinó que el sujeto de prueba y la prótesis pudieron experimentar una experiencia natural, reacción refleja tanto al dolor al tocar un objeto puntiagudo como al no dolor al tocar un objeto redondo.

La e-dermis no es sensible a la temperatura; para este estudio, el equipo se centró en detectar la curvatura del objeto (para la percepción del tacto y la forma) y la nitidez (para la percepción del dolor). La tecnología e-dermis podría usarse para hacer que los sistemas robóticos sean más humanos, y también podría usarse para expandir o extender a guantes de astronauta y trajes espaciales, Dice Osborn.

Los investigadores planean desarrollar aún más la tecnología y comprender mejor cómo proporcionar información sensorial significativa a los amputados con la esperanza de preparar el sistema para el uso generalizado de los pacientes.

Johns Hopkins es un pionero en el campo de las prótesis diestras para miembros superiores. Hace más de una década, El Laboratorio de Física Aplicada de la universidad lideró el desarrollo de la prótesis modular avanzada, que un paciente amputado controla con los músculos y nervios que alguna vez controlaron su brazo o mano real.

Además de la financiación de Space @ Hopkins, que fomenta la colaboración relacionada con el espacio entre las divisiones de la universidad, el equipo también recibió subvenciones del Programa de becas para graduados del laboratorio de física aplicada y la Iniciativa de capacitación en neuroingeniería a través del Instituto Nacional de Bioingeniería e Imágenes Biomédicas a través de los Institutos Nacionales de Salud bajo la subvención T32EB003383.

La e-dermis se probó durante un año en un amputado que se ofreció como voluntario en el Laboratorio de Neuroingeniería de Johns Hopkins. El sujeto repitió con frecuencia la prueba para demostrar percepciones sensoriales consistentes a través de la e-dermis. El equipo ha trabajado con otros cuatro voluntarios amputados en otros experimentos para proporcionar retroalimentación sensorial.