Las prótesis conectadas al sistema nervioso existen desde hace varios años, sin embargo, recientemente unos investigadores de ETH Zurich han sugerido que este tipo de neuroprótesis funcionan mejor si utilizan señales que imitan la naturaleza.
Un estudio del equipo liderado por Stanisa Raspopovic permitió a amputados sentir sus prótesis de piernas al conectarlas al nervio ciático. Esto mejoró la información transmitida al cerebro sobre la presión en la planta del pie, permitiendo caminar más rápido. “A diferencia de nuestras prótesis de pierna experimentales, las neuroprótesis actuales todavía no son capaces de producir una sensación natural. Más bien, suelen provocar sensaciones desagradables, como hormigueo en la piel”, afirma Raspopovic.
Probablemente esto se deba a que las neuroprótesis actuales utilizan pulsaciones eléctricas que se repiten regularmente para estimular el sistema nervioso. "Esto es antinatural e ineficaz", afirma Raspopovic. Como él y su equipo muestran ahora en una publicación publicada recientemente utilizando el ejemplo de sus prótesis de pierna, vale la pena confiar en la estimulación biomimética, es decir, señales basadas en la naturaleza, al desarrollar la próxima generación de neuroprótesis.
Para poder generar este tipo de señales biomiméticas, Natalija Katic, estudiante de doctorado del grupo de investigación de Raspopovic, desarrolló un modelo informático llamado FootSim. Se basa en datos de investigadores canadienses que registraron la actividad de células sensoriales especiales, los llamados mecanorreceptores, en la planta del pie mientras tocaban los pies de voluntarios sanos en diferentes puntos con una varilla vibratoria.
"Algo que es imposible de medir experimentalmente"
El modelo simula el comportamiento dinámico de un gran número de mecanorreceptores en la planta del pie y calcula las señales nerviosas que viajan a la velocidad del rayo desde el pie hasta la pierna hasta llegar al cerebro. Esto sucede desde el momento en que el talón del pie toca el suelo, luego el peso del cuerpo rueda sobre el borde exterior del pie hasta que los dedos se levantan nuevamente para el siguiente paso. "El modelo nos muestra cómo se comportan las células sensoriales de las plantas de los pies al caminar o correr, algo que es imposible de medir experimentalmente", afirma Katic.
SOBRECARGA DE INFORMACIÓN EN LA MÉDULA ESPINAL
Giacomo Valle, postdoctorado del grupo de investigación de Raspopovic, junto con compañeros de Alemania, Serbia y Rusia, evaluaron la correspondencia entre señales biomiméticas y nervios reales en un experimento con gatos en 2019, realizado en el Instituto Pavlov de Fisiología de San Petersburgo, siguiendo las directrices de la Unión Europea.
Implataron electrodos, algunos conectados al nervio de la pierna y otros a la médula espinal, observando patrones similares entre la actividad natural del gato y la estimulación biomimética, en comparación con la estimulación convencional del nervio ciático. Estos hallazgos se aplicaron a un estudio clínico con amputados, demostrando que la estimulación biomimética mejora la movilidad y reduce la carga cognitiva al caminar. “Gracias a la neuroestimulación biomimética, los sujetos de prueba también pueden concentrarse en otras cosas mientras caminan. Esto nos muestra que este tipo de estimulación se procesa de forma más natural y ejerce menos presión sobre el cerebro”, afirma Raspopovic.
El profesor de la ETH en el Instituto de Robótica y Sistemas Inteligentes cree que los nuevos hallazgos no sólo son importantes para las prótesis de pierna en las que él y su equipo trabajan desde hace más de cinco años. Para muchos otros instrumentos y dispositivos, como implantes espinales o electrodos para estimulación cerebral, es importante abandonar la estimulación antinatural y rígidamente repetitiva utilizada hasta ahora y utilizar señales biomiméticas. "Tenemos que aprender el lenguaje del sistema nervioso", afirma Raspopovic. "Entonces podremos comunicarnos con el cerebro de tal manera que nos comprenda bien".