Un tetrapl¨¦jico juega a piedra, papel o tijera con un brazo bi¨®nico

Piense darle la mano a la persona que tiene enfrente. Ahora haga lo mismo meditando los movimientos que tiene que ejecutar para saludarle: mover el hombro, levantar el brazo, extenderlo, abrir la mano... ?Cu¨¢l es la forma m¨¢s natural de hacerlo? No hay color: la primera.

Investigadores del California Institute of Technology (Calitech) y sus colegas de la Keck School of Medicine (University of Southern California) partieron de este mismo razonamiento para replicar el proceso mental del movimiento de la forma m¨¢s intuitiva posible en los brazos rob¨®ticos controlados por la mente. Y tratar as¨ª de convertir las acciones sincopadas y toscas de los actuales dispositivos en otras m¨¢s fluidas, r¨¢pidas y naturales. Lo han conseguido con una estrategia novedosa que describen en Science y que consiste en controlar el dispositivo a trav¨¦s de las ¨®rdenes que se dan desde la corteza parietal posterior, el ¨¢rea cerebral responsable de codificar la intenci¨®n y la planificaci¨®n del movimiento ¡ªsiguiendo con el ejemplo anterior, la zona donde simplemente se piensa en dar la mano¡ª, en lugar de la corteza motora, donde se produce la ejecuci¨®n final del movimiento ¡ªla que activa los m¨²sculos que intervienen en la acci¨®n de dar la mano¡ª, como se ven¨ªa haciendo hasta ahora.

El resultado de este cambio es que Erik Sorto, de 34 a?os y tetrapl¨¦jico desde que a los 21 a?os una bala le seccion¨® la m¨¦dula, ha podido dar de nuevo la mano diez a?os despu¨¦s. En concreto, la nueva mano bi¨®nica desarrollada por los investigadores ¡ªuna pr¨®tesis rob¨®tica externa conectada a sus neuronas mediante dos enchufes de electrodos¡ª y lo ha hecho con un movimiento de una gran fluidez. Como tambi¨¦n ha vuelto a poder jugar a piedra, papel o tijera o agarrar un vaso de una mesa para beber de ¨¦l. Al final del camino se encuentra la posibilidad futura de hacer la vida m¨¢s f¨¢cil a lesionados medulares como Sorto o a personas que hayan sufrido amputaciones.

El proceso cognitivo del movimiento consiste, de forma simplificada, en una fase de intenci¨®n y planificaci¨®n y una posterior de ejecuci¨®n. La primera tiene lugar en la corteza posterior parietal. La segunda en la corteza motora, desde donde se coordina la ejecuci¨®n del movimiento. Las personas con lesi¨®n medular cuentan con estos sistemas intactos. El problema en estos pacientes est¨¢ en el cableado que transmite las ¨®rdenes a las terminaciones nerviosas de los m¨²sculos responsables del movimiento: el traumatismo en la m¨¦dula interrumpe las se?ales que mandan las neuronas de la corteza motora y la informaci¨®n no llega a su destino.

Los prototipos de robots inteligentes desarrollados hasta ahora acud¨ªan a esta zona del cerebro, la corteza motora, para recuperar las se?ales nerviosas relacionadas con el movimiento y controlar los dispositivos. Unos electrodos recog¨ªan la actividad de las neuronas y, tras ser moduladas por un ordenador, se interpretaban para mover los brazos bi¨®nicos. El resultado era un movimiento a golpes e incluso incompleto. Pod¨ªa suceder incluso que los sensores no registraran la se?al de todos los m¨²sculos involucrados en un determinado movimiento.

Para evitar esta serie de problemas, los autores del nuevo dispositivo se plantearon obtener las se?ales cerebrales de la fase previa a la ejecuci¨®n del movimiento: la planificaci¨®n. Esta estrategia tiene la ventaja de dirigirse al lugar donde se idea el movimiento de forma m¨¢s intuitiva y global. Es decir, representado conceptualmente como un todo (dar la mano) en lugar de tomar la informaci¨®n de la corteza motora donde la acci¨®n ya est¨¢ descompuesta en los distintos pasos a ejecutar (al ser la zona que controla los m¨²sculos, las ¨®rdenes son mucho m¨¢s detalladas y espec¨ªficas). La duda era si esta actividad neuronal podr¨ªa ser descodificada y traducida al brazo para que ejecutara las ideas de movimiento m¨¢s generales.

El primer paso consist¨ªa en saber d¨®nde situar exactamente los electrodos que obtienen la informaci¨®n relacionada con la planificaci¨®n del movimiento. O, de otra forma, d¨®nde est¨¢n las neuronas que transmiten estos impulsos el¨¦ctricos concretos. Para ello, los investigadores acudieron a equipos de resonancia magn¨¦tica funcional, una t¨¦cnica de diagn¨®stico por imagen con la que identificaron las zonas de la corteza parietal posterior que se activaban cuando se le ped¨ªa al paciente que imaginara que alcanzaba un objeto con su brazo. Aqu¨ª es donde se situaron las dos matrices de cuatro por cuatro mil¨ªmetros (con 96 electrodos cada una de ellas) conectadas directamente a las neuronas de la corteza parietal posterior. Fue en abril de 2013 y la intervenci¨®n quir¨²rgica dur¨® cinco horas.

Sesenta d¨ªas despu¨¦s del implante de los electrodos, Sorto comenz¨® a practicar con el brazo en el Rancho los Amigos National Rehabilitation Center. En este momento se desarrolla una fase de adaptaci¨®n entre el cerebro humano y el artificial (el ordenador que interpreta las se?ales) en la que ambos aprenden a usar el interfaz, y se ajusta el movimiento a los pensamientos

¡°Fue toda una sorpresa que el paciente pudiera mover el brazo desde el primer d¨ªa¡±, recuerda Richard Andersen, el primer investigador del estudio, ¡°lo que demuestra c¨®mo es de intuitivo el control del dispositivo cuando se acude a la corteza parietal posterior¡±. El mismo asombro ha expresado el propio paciente: ¡°fue totalmente inesperado ver lo f¨¢cil que era [controlar el brazo rob¨®tico]. Recuerdo ese primer momento de tener esta experiencia extracorporal y las ganas que ten¨ªa de comenzar a chocar la mano con todo el mundo¡±.

Jos¨¦ Luis Pons, del Grupo de Neuro-Rehabilitaci¨®n del Instituto Cajal del CSIC, destaca que cada vez son m¨¢s numerosos los grupos de investigaci¨®n trabajan en esta misma l¨ªnea de descodificar las se?ales nerviosas relacionadas con la intenci¨®n y anticiparse a las de la coordinaci¨®n del movimiento para conseguir que las pr¨®tesis se muevan de forma m¨¢s natural y m¨¢s parecida a un brazo biol¨®gico. ¡°Es la tendencia generalizada actual¡±, a?ade.

No solo porque conseguir movimientos m¨¢s coordinados le ser¨¢ m¨¢s ¨²til al usuario de estos brazos rob¨®ticos. Adem¨¢s, esta naturalidad aporta otro valor quiz¨¢s m¨¢s importante que el de la precisi¨®n en s¨ª misma. ¡°Conseguir un dominio de la pr¨®tesis lo m¨¢s parecido al control biol¨®gico es fundamental para prevenir el rechazo, que suele producirse en estos casos cuando el usuario no siente el dispositivo como algo propio¡±, destaca Pons. ¡°Es importante que psicol¨®gicamente, el brazo se perciba como algo integrado en la estructura corporal¡±.

De ah¨ª la importancia de estos trabajos para el futuro de estos equipos a¨²n experimentales. Y los esfuerzos de los investigadores en hacer de las pr¨®tesis objetos lo m¨¢s humanos posibles. No solo perfeccionando el movimiento. Otros estudios ya est¨¢n experimentando con afinar el control mediante la instalaci¨®n de electrodos en la corteza somatosensorial del cerebro, y obtener de la extremidad bi¨®nica una respuesta relativa al tacto, la temperatura, e incluso fuerza a aplicar en el movimiento que permita a¨²n m¨¢s sentir el brazo como algo propio.