Según un estudio financiado por los Institutos Nacionales de la Salud (NIH), una nueva intervención quirúrgica para la amputación de miembros por debajo de la rodilla permite un control neuronal que mejora la maniobrabilidad de un miembro robótico. En comparación con un grupo de control que se realizó una cirugía tradicional, los pacientes que se realizaron esta intervención caminaban más rápido con sus prótesis y podían subir escaleras y sortear obstáculos mucho mejor. La intervención restablece la capacidad de los pares musculares (conocidos como agonistas y antagonistas) del miembro amputado para trabajar juntos. Los sensores de la interfaz neuroprotésica envían señales neuronales de los pares musculares que se restablecieron a la prótesis, lo que permite un control neuronal continuo. El usuario puede percibir y controlar el dispositivo, casi como si formara parte del muñón.
El estudio fue realizado por Hyungeun Song, Ph.D., asociado posdoctoral, y Hugh Herr, Ph.D., profesor del Instituto Tecnológico de Massachusetts, y sus colegas. Aparece en Nature Medicine. El financiamiento de los NIH provino del Instituto Nacional de Salud Infantil y Desarrollo Humano Eunice Kennedy Shriver.
Antecedentes
Los miembros robóticos actuales se basan en algoritmos para imitar la marcha natural, pero no están bajo el control total del usuario. Las amputaciones tradicionales cortan las conexiones entre los pares de músculos agonistas y antagonistas, lo que impide que trabajen juntos. Por ejemplo, durante una flexión de bíceps, el movimiento del antebrazo es posible cuando el músculo bíceps (el agonista) se contrae para levantar el antebrazo y el músculo tríceps (el antagonista) se relaja. Sin conexiones entre los pares musculares, el sistema nervioso no puede percibir la posición y la contracción del músculo, información que el cerebro necesita para controlar la prótesis.
En trabajos 
anteriores, los autores del estudio desarrollaron una intervención quirúrgica, conocida como Interfaz neuromuscular agonista-antagonista (AMI), que une los extremos de los pares musculares amputados, lo que les permite volver a contraerse y relajarse a la vez. En otro estudio 
, los autores descubrieron que los pacientes que se realizaron la cirugía AMI controlaban los músculos residuales cuando utilizaban la prótesis. Las señales neuronales que producían los músculos reconectados se asemejaban más a las de un miembro intacto.
Resultados
En el estudio actual, los autores analizaron si las señales neuronales de los músculos residuales reconectados en amputados por debajo de la rodilla podían restablecer los patrones naturales de la marcha. En el estudio participaron 14 personas de entre 18 y 65 años amputadas por debajo de la rodilla. Todos tenían experiencia en el uso de una prótesis estándar para la parte inferior de la pierna. La mitad se realizó la intervención AMI para conectar los pares de músculos opuestos por debajo de la rodilla, y la otra mitad se realizó una cirugía de amputación estándar. La pierna protésica tenía sensores que eran capaces de detectar la actividad neuronal del muñón, lo que permitía un control neuronal directo y continuo del tobillo y el pie protésicos.
Sin depender de algoritmos para dirigir la marcha de la prótesis, el grupo con cirugía AMI caminó un promedio del 41% más rápido por una superficie llana que el grupo que se realizó una cirugía convencional. Esta mayor velocidad en el grupo de AMI es equivalente a las velocidades máximas de las personas sin amputación. Del mismo modo, el grupo de AMI caminaba mejor cuando subía y bajaba pendientes y escaleras, así como cuando sorteaba obstáculos mientras caminaba sobre una superficie llana.
Además, el grupo de AMI mostró un movimiento más natural, como apuntar los dedos del pie protésico hacia arriba cuando subía escaleras. También eran más capaces de coordinar la prótesis con el miembro intacto y controlar la fuerza para despegarse del suelo a distintas velocidades cuando caminaban, de forma similar a las personas sin amputación.
Importancia
“Gracias a la interfaz neuroprotésica AMI, pudimos potenciar la señalización neuronal”, dijo el doctor Song. “Esto restauró la capacidad neuronal de una persona para controlar de forma continua y directa la marcha completa, a través de diferentes velocidades de marcha, escaleras y pendientes, incluso pasar por encima de obstáculos”.
Referencia
Song, H, et al. Continuous neural control of a bionic limb restores biomimetic gait after amputation. Nature Medicine. 2024. https://doi.org/10.1038/s41591-024-02994-9.
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