Demuestran la eficiencia de una pierna biónica para caminar más rápido en personas con amputaciones

Los investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts demuestran que una interfaz neuroprotésica permite a una pierna biónica responder al sistema nervioso de personas con amputaciones para caminar más rápido y de forma más natural. Así lo han ratificado en un estudio publicado en la revista 'Nature Medicine'.

El estudio que incluyó a 14 personas con amputaciones bajo la rodilla, de las cuales siete tenían una pierna biónica, conectada de forma quirúrgica, y las compararon con otras 7 que no tenían esta interfaz. muestra que "el nuevo sistema aumentó en un 41% la velocidad de marcha y mejoró su rendimiento en entornos reales como escaleras, pendientes y caminos con obstáculos".

La propiocepción es un sexto sentido que nos informa de la posición en el espacio de las partes de nuestro cuerpo y la nueva interfaz permite transmitir información de control neuronal a la prótesis y devuelve al usuario la sensación propioceptiva de esta, por lo que no se siente como algo ajeno y mejora la forma de regular el movimiento.

De este modo lo explicó en una rueda de prensa virtual el investigador Hugh Herr del Instituto Tecnológico de Massachusetts (EE.UU) y autor principal del estudio. El experto destacó que ningún estudio anterior ha podido demostrar "este nivel de control cerebral" sobre una prótesis lo que produce una marcha natural y a un ritmo similar al de una persona no amputada.

Conciencia de la posición y el movimiento

Para crear el movimiento de una extremidad en toda su amplitud, los músculos actúan en pares agonistas-antagonistas y transmiten señales propioceptivas al sistema nervioso central, lo que proporciona a la persona la conciencia de la posición y el movimiento.

La amputación quirúrgica de una extremidad provoca un deterioro considerable de la arquitectura neural-muscular en el lugar de la amputación, que altera la dinámica muscular y la propiocepción. El equipo creó una interfaz que conectó quirúrgicamente pares musculares agonista-antagonista, cada uno con diversos electrodos de detección muscular y un pequeño ordenador que decodifica las señales.

De este modo, Herr explicó que cuando el paciente piensa en mover su extremidad biónica siente que los músculos se mueven naturalmente como lo hacían cuando tenía la pierna intacta. Aunque su extremidad esté hecha de titanio, silicona y todos esos componentes electromecánicos, esta se siente natural y se mueve de forma natural sin ni siquiera pensar en ello.

Todo el ciclo de la marcha y la dinámica de la prótesis biónica está controlada por el cerebro, que recibe información de los sensores no solo sobre la posición en el espacio, sino también la fuerza ejercida contra el suelo o la rigidez en función de la velocidad. De hecho, cuando la persona mueve la prótesis "siente ese movimiento con una sensación de propiocepción natural", destacó el investigador.

El estudio se centró en las aferencias musculares propioceptivas, que surgen de receptores que hay en los músculos y articulaciones de todo el cuerpo, las cuales envían información al sistema nervioso central. Así, el también investigador del MIT y firmante del artículo Hyungeun Song destacó que con solo un 18% de información neuronal biológica fue suficiente para restaurar el control de una marcha funcional, lo que consideró un 'hallazgo científico significativo'.

La clave de la información propioceptiva

El cerebro es 'tan adaptable' que basta con que reciba una pequeña cantidad de propiocepción para poder controlar una prótesis muy compleja, tal como añadió Herr. Estos resultados sugieren que, incluso el restablecimiento parcial de la señalización neuronal, puede ser suficiente para permitir mejoras clínicamente relevantes en la funcionalidad neuroprotésica. Para futuros trabajos, los investigadores quieren sustituir los electrodos de la superficie de los músculos por pequeñas esferas magnéticas, que permitan seguir con mayor precisión la dinámica de los emparejamientos musculares para controlar mejor la prótesis.

Según explica a SMC España el doctor Juan de los Reyes Aguilar, jefe del Grupo de Neurofisiología Experimental en la Unidad de Investigación del Hospital Nacional de Parapléjicos (Toledo), miembro del Servicio de Salud de Castilla-La Mancha (SESCAM) y del Instituto de Investigación Sanitaria de Castilla-La Mancha (IDISCAM) se trata de un trabajo que "demuestra que el implante de prótesis activas en personas con amputación consigue la recuperación de la biomecánica cercana a la del movimiento natural (que los autores denominan 'biomimético')".

Según este experto, "aunque existen prótesis para personas con amputación desde hace tiempo, los modelos utilizados hasta ahora carecían de la capacidad de transmitir información propioceptiva, por tanto, los autores las denominan 'prótesis pasivas'". Es por eso que el trabajo demuestra que el implante de prótesis activas en personas con amputación consigue dicha recuperación.

"Asimismo, al tener más información propioceptiva, las personas que usaron la prótesis activa mostraron mayor capacidad de actuar ante obstáculos inesperados o la necesidad de cambiar el movimiento de andar a subir una escalera", añade el doctor.