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La mano bionica che trasmette il tatto

Per la prima volta un essere umano privo della funzione delle braccia ha potuto sperimentare il senso del tatto attraverso una protesi robotica "cablata" con il cervello.
Un successo frutto degli sforzi dei team delle università di Chicago e di Pittsburgh coordinato da Robert Gaunt il cui lavoro è stato pubblicato sulla rivista Science Translational Medicine.
I ricercatori hanno progettato e costruito una interfaccia neurale impiantata poi chirurgicamente in un paziente di 28 anni, paralizzato dal torace in giù a seguito di un incidente stradale avvenuto nel 2004. L'interfaccia è stata quindi collegata ad un braccio robotico esterno che convoglia lo stimolo motorio e il feedback sensoriale mediante elettrodi impiantati nelle aree del cervello corrispondenti. La novità del prototipo non è infatti nell'arto meccanico in sé, di cui ci sono oramai molti esempi, ma nella protesi capace di trasmettere la sensazione del "tocco".
Il paziente è diventato così in grado di distinguere il tocco sulle singole dita e nel palmo della mano robotica. Questo il suo commento: "sento quasi ogni dito, e questa è una sensazione davvero strana. A volte sento come qualcosa di elettrico e altre volte una pressione ma per la maggior parte del tempo ho la sensazione precisa delle dita, come quando si tocca qualcosa o quando queste ricevono una leggera pressione".
Il paziente durante i test (vedi video sotto).
Credits: University of Pittsburg Medical Center. 
Il sistema sviluppato è il risultato di anni di lavoro con le scimmie volto a capire il modo con cui il sistema nervoso interpreta gli stimoli tattili, fondamentali per operazioni "banali" come toccare o afferrare oggetti, spostare il braccio in una direzione precisa o anche solo percepire le differenze tattili di una superficie sulla quale viene fatto scorrere un dito. Si tratta chiaramente di compiti estremamente complessi che richiedono un grande sforzo computazionale da parte del cervello; complessità di cui non ci rendiamo conto ma che sono ben evidenti quando si osserva il "rodaggio motorio" nei bambini durante la prima interazione con gli oggetti o meglio ancora durante la fisioterapia di recupero nelle vittime di incidenti (o di ictus) che devono riprogrammare il cervello nel loro rapporto sensoriale e motorio.
Proprio a causa di tale complessità computazionale è stato necessario utilizzare i primati come modello di studio.
La bella immagine del saluto tra Barack Obama e il paziente durate una visita alla Casa Bianca
Credit: Pete Souza/The White House via UChicagoNews

Progettare una mano funzionalmente adatta ad un tetraplegico richiede uno sforzo ingegneristico duplice: fare muovere la mano connettendola agli impulsi della corteccia e implementare un sistema di rilevazione sensoriale. Per capire come agire è stato necessario applicare le conoscenze disponibili sui meccanismi di controllo volontario degli arti e sulla conduzione degli stimoli sensoriali, cercando poi di imitarne il funzionamento e di fare un "bypass" che unisse la "funzione" con il cervello.
Il fatto che si sia riusciti a fare entrambe le cose, con tutti i limiti del caso, è la vera notiza, indice della sinergia tra neuroscienze e ingegneria.
C'è ancora molto lavoro da fare e questo prototipo è solo il primo passo.

Nel video una dimostrazione del test di percezione del tocco in cui il paziente bendato deve identificare non solo il tipo di tocco ma anche su quale dito è avvenuto.

Se non vedete il video cliccate su https://videopress.com/embed/O4cvfWZh
(all credits: University of Pittsburg Medical Center)

Fonti
- In a First, Pitt-UPMC Team Help Paralyzed Man Feel Again Through a Mind-Controlled Robotic Arm
UPMC / news
-  Researchers help paralyzed man regain sense of touch through a robotic arm
University of Chicago / news
- Pioneering brain implant restores paralysed man's sense of touch
Nature, news


Libro del mese

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Il mio primo libro di Hawking risale all'inizio degli anni '90, quando volevvo distrarmi dalla "mia" scienza leggendo altre materie. Da allora non ho mai smesso di leggerlo. Questo, ahime, è il suo ultimo

Eric Kandel, Nobel, divulgatore, neuroscienziato. Che altro? Scrive libri appassionanti