Ecco la mano bionica che restituisce anche il tatto

Innovazione

Ecco la mano bionica che restituisce anche il tatto

di redazione

Una mano artificiale innestata sul braccio amputato, capace di muoversi non solo rispondendo direttamente agli impulsi del cervello, ma anche in grado di trasmettere sensazioni tattili, facendo “sentire” forme e consistenza degli oggetti impugnati. La sperimentazione che ha reso possibile questo nuovo passo verso l’impianto definitivo di mani bioniche si chiama LifeHand2 ed è frutto di un progetto internazionale che vede l’Italia in prima linea. 

Ci hanno lavorato medici e bioingegneri dell’Università Cattolica–Policlinico Agostino Gemelli di Roma, dell’Università Campus Bio-Medico di Roma, della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa e dell’IRCSS San Raffaele di Roma. Fanno parte del gruppo di ricerca anche due Centri oltreconfine: l’Ecole Polytechnique Federale di Losanna e l’Istituto IMTEK dell’Università di Friburgo. 

I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Science Translational Medicine.

Era il capodanno del 2004, quando Dennis Aabo Sorensen, 36enne danese, subì l’amputazione della mano sinistra, distrutta dallo scoppio di un petardo. Da allora solo una protesi estetica. 

L’impegno a ricominciare e la forza d’animo gli hanno permesso di superare i test psicologici di selezione, fino ad arrivare a Roma, per affrontare la fase sperimentale di LifeHand 2. 

Il primo passo è stato l’impianto degli elettrodi nel braccio di Dennis. Il punto di collegamento tra il suo sistema nervoso di Dennis e la protesi biomeccatronica sono stati quattro elettrodi intraneurali, poco più grandi di un capello, impiantati nei nervi mediano e ulnare del suo braccio. Un intervento delicato, durato più di otto ore, eseguito il 26 gennaio del 2013 al Policlinico Agostino Gemelli di Roma dal neurochirurgo Eduardo Marcos Fernandez. Sviluppati nel Laboratorio di Microtecnologia Biomedica IMTEK dell’Università di Friburgo, sotto la direzione di Thomas Stieglitz, gli elettrodi sono stati impiantati trasversalmente rispetto ai fascicoli nervosi, in modo da moltiplicare la loro possibilità di contatto con le fibre dei nervi e di conseguenza la loro capacità di comunicazione con il sistema nervoso centrale.

A quel punto, dopo pochi giorni di attesa, per Dennis è iniziato una fase di test e lungo addestramento. 

La comunicazione tra cervello di Dennis e mano artificiale ha effettivamente funzionato. La cosa più sorprendente è che i ricercatori sono stati in grado di ricostruire quasi alla perfezione il flusso di comunicazione bidirezionale tra il cervello di Dennis e la protesi. In pratica alla decisione di Dennis di muovere la protesi seguiva il suo effettivo movimento e viceversa, le sensazioni “catturate” dalla mano consentivano al volontario, non solo di “sentire”, ma anche di modulare il movimento in risposta a esse.

«Quella del feedback sensoriale è stata per me un’esperienza stupenda», racconta Dennis. «Tornare a sentire la differente consistenza degli oggetti, capire se sono duri o morbidi e avvertire come li stavo impugnando è stato incredibile».

«Il paziente è riuscito a modulare in maniera molto efficace e in tempo reale la forza di presa da applicare sugli oggetti», ha spiegato Silvestro Micera, docente di Bioingegneria presso l’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa e presso l’Ecole Polytecnhique Federale di Losanna. «Ha svolto, inoltre, gli esercizi bendato, riuscendo a riconoscere le varie proprietà di questi oggetti grazie unicamente al continuo invio d’informazioni sensoriali dalla protesi al suo sistema nervoso. È la prima volta che si realizza qualcosa di simile».

In otto giorni di esercizi, infatti, Dennis è stato in grado di riconoscere la consistenza di oggetti duri, intermedi e morbidi in oltre il 78 per cento di prese effettuate. Nell’88 per cento dei casi, inoltre, ha definito correttamente dimensioni e forme di oggetti come una palla da baseball, un bicchiere o l’ovale di un mandarino. Non solo. Ha saputo anche localizzare la loro posizione rispetto alla mano con il 97 per cento di accuratezza, riuscendo a dosare con precisione non troppo distante da quella di una mano naturale la forza da applicare per afferrarli.

I dati sperimentali hanno così dimostrato che è possibile ripristinare un effettivo feedback sensoriale nel sistema nervoso di un paziente amputato, utilizzando i segnali provenienti dalle dita sensorizzate della protesi.

«Ci siamo presentati un po’ come i ricercatori della prima missione lunare: dopo anni di lavoro spingi il bottone, fai partire l’astronave e da lì non puoi più tornare indietro», ha detto Paolo Maria Rossini, responsabile clinico della sperimentazione presso l’IRCCS San Raffaele Pisana di Roma e direttore dell’Istituto di Neurologia dell’Università Cattolica-Policlinico Gemelli. «Avevamo l’obiettivo di esplorare i cambiamenti nell’organizzazione del cervello di Dennis sperando che si verificasse quel che poi è stato: il pieno controllo dei feedback provenienti dalla protesi da parte del paziente, la preservazione della funzionalità di ciò che rimane dei suoi nervi mediano e ulnare, la riorganizzazione della neuroplasticità del suo cervello in modo da consentirgli un efficace controllo della mano robotica».

La protesi necessita tuttavia di perfezionamenti, tanto che è già stata rimossa dal braccio di Dennis. «Ma la sperimentazione appena conclusa ci permette di guardare con fiducia all’obiettivo d’integrare in questo tipo di protesi un numero sempre più elevato di sensori tattili. Più aumenta la complessità di sensazioni e movimenti, più sarà importante individuare algoritmi che distribuiscano nel modo migliore possibile i compiti da assegnare al cervello e quelli che possono invece essere delegati al controllo dell’intelligenza artificiale montata a bordo della mano. Su questi aspetti la nostra ricerca prosegue», ha concluso il direttore del Laboratorio di Robotica Biomedica e Biomicrosistemi dell’Università Campus Bio-Medico di Roma Eugenio Guglielmelli.