Ensayo de respiración controlada del tercer brazo en humanos

El neuroingeniero Silvestro Misera desarrolla soluciones tecnológicas avanzadas para ayudar a las personas a recuperar funciones sensoriales y motoras perdidas por eventos traumáticos o trastornos neurológicos. Hasta ahora, nunca había trabajado para mejorar el cuerpo humano y la cognición con la ayuda de la tecnología.

Ahora, en un estudio publicado en robots científicosMisera y su equipo informan sobre cómo se puede monitorear el movimiento del diafragma para controlar con éxito un brazo adicional, esencialmente aumentando a un individuo sano con un tercer brazo (un robótico).

«Este estudio abre nuevas e interesantes oportunidades, mostrando que los brazos accesorios se pueden controlar a gran escala y que es posible el control simultáneo de ambos brazos naturales», dice Messera, catedrático de Ingeniería Neural Traslacional de la Fundación Bertarelli en la EPFL y profesor de bioelectrónica en Escuela Superior Sant. «I.»

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El estudio es parte de Proyecto Tercer Brazo, que anteriormente fue financiado por la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia (NCCR Robotics), tiene como objetivo proporcionar un brazo robótico portátil para ayudar con las tareas cotidianas o ayudar en la búsqueda y el rescate. Misera cree que explorar las limitaciones cognitivas del control del tercer brazo puede en realidad proporcionar puertas de entrada hacia una mejor comprensión del cerebro humano.

«La principal motivación para controlar el tercer brazo», continúa Misera, «es comprender el sistema nervioso. Si desafías al cerebro a hacer algo completamente nuevo, puedes descubrir si tiene la capacidad de hacerlo y si este aprendizaje Esto se puede facilitar y luego podemos transferir este conocimiento para desarrollar, por ejemplo, dispositivos de asistencia para personas con discapacidad o protocolos de rehabilitación post-ictus.

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«Queremos entender si nuestros cerebros están programados para controlar lo que la naturaleza nos ha dado, y hemos demostrado que el cerebro humano puede adaptarse para coordinar sus nuevas extremidades junto con las biológicas», explica Suleiman Shukr, investigador principal de la UCLA. Estudio y científico senior de EPFL en el Instituto Neuro-X. «Se trata de adquirir nuevas funciones motoras, mejorar más allá de las funciones actuales de un usuario en particular, ya sea un individuo sano o discapacitado. Desde la perspectiva del sistema nervioso, es una continuidad entre la rehabilitación y la mejora».

Para explorar las limitaciones cognitivas del refuerzo, los investigadores primero construyeron un entorno virtual para probar la capacidad de un usuario sano para controlar un brazo virtual mediante el movimiento diafragmático. Descubrieron que controlar el diafragma no interfería con acciones como controlar los brazos fisiológicos, el habla o la mirada de una persona.

En esta configuración de realidad virtual, el usuario está equipado con un cinturón que mide el movimiento del diafragma. Al usar un casco de realidad virtual, el usuario ve tres brazos: el brazo y la mano derechos, el brazo y la mano izquierdos, y un tercer brazo entre los dos con una mano simétrica de seis dedos.

«Hicimos que esta mano fuera simétrica para evitar cualquier sesgo hacia la mano izquierda o derecha», explica Giulia Domenegani, estudiante de doctorado en el Instituto Neuro-X de la EPFL.

En el entorno virtual, se le pide al usuario que extienda su mano ya sea con la mano izquierda, con la derecha o en el medio con la mano correspondiente. En el entorno real, el usuario sostiene el exoesqueleto con ambos brazos, permitiendo el control de los brazos virtuales izquierdo y derecho. El movimiento detectado por el cinturón alrededor del diafragma se utiliza para controlar el brazo medio simétrico virtual. El preparado fue probado en 61 personas sanas en más de 150 sesiones.

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«Controlar el diafragma del tercer brazo es realmente muy intuitivo, ya que los participantes aprenden a controlar el miembro accesorio muy rápidamente», explica Domenegani. «Además, nuestra estrategia de control es inherentemente independiente de las extremidades biológicas y hemos demostrado que controlar el diafragma no afecta la capacidad del usuario para hablar de manera coherente».

Los investigadores también probaron con éxito el control del diafragma utilizando un brazo robótico real, un brazo simplificado que consiste en una varilla que puede extenderse hacia afuera y regresar hacia adentro. Cuando el usuario contrae el diafragma, el pene se extiende hacia afuera. En una experiencia similar a un entorno de realidad virtual, se le pide al usuario que alcance y vuele sobre círculos objetivo con su mano izquierda o derecha, o con la varilla robótica.

Además del diafragma, pero no mencionado en el estudio, también se probaron los músculos vestigiales del oído para determinar su utilidad en la realización de nuevas tareas. En este enfoque, el usuario está equipado con sensores auditivos y capacitado para utilizar el movimiento fino de los músculos del oído para controlar el desplazamiento del mouse de una computadora.

«Los usuarios pueden utilizar estos músculos del oído para controlar una extremidad adicional», dice Shakur, enfatizando que estas estrategias de control alternativas algún día podrían ayudar en el desarrollo de protocolos de rehabilitación para personas con déficits motores.

Parte del proyecto del tercer brazo, estudios previos sobre Controlar armas robóticas Se centró en ayudar a los amputados. El último estudio sobre robótica es un paso más allá de la reparación del cuerpo humano y hacia el crecimiento.

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«Nuestro siguiente paso es explorar el uso de dispositivos robóticos más complejos utilizando nuestras diversas estrategias de control para realizar tareas de la vida real, tanto dentro como fuera del laboratorio. Sólo entonces podremos comprender el verdadero potencial de este enfoque».

referencia: Domenegani G, Pinheiro DL, Pollina L, et al. Aumento locomotriz humano con un brazo robótico adicional sin intervención funcional. robot de ciencia ficción. 2023;8(85):eadh1438. doi: 10.1126/scirobótica.adh1438

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