Una mano robotica restituisce la sensazione del movimento

AGI - Il movimento della mano elaborato nella percezione non come una somma di segnali separati, ma attraverso schemi coordinati di presa e manipolazione. La scoperta emerge da uno studio coordinato dall'Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa in collaborazione con la Cleveland Clinic e pubblicato sulla rivista Science Advances. La ricerca, guidata da Federico Masiero, oggi ricercatore post-doc presso il Munich Institute of Robotics and Machine Intelligence della Technical University of Munich, e coordinata da Christian Cipriani della Scuola Sant'Anna e da Paul Marasco della Cleveland Clinic, potrebbe contribuire allo sviluppo di protesi più naturali e intuitive.

La cinestesia, ovvero la capacità di percepire il movimento dei muscoli e la posizione degli arti nello spazio, rappresenta una componente essenziale del controllo motorio. Dopo un'amputazione questa funzione viene persa, rendendo più difficile utilizzare una protesi in modo spontaneo e preciso. Le tecniche tradizionali per evocare sensazioni di movimento si basano generalmente sulla vibrazione dei muscoli, ma spesso coinvolgono contemporaneamente anche la pelle, generando segnali sensoriali che possono risultare poco naturali o confusi.

Nuova interfaccia cinestesica

Per superare questo limite, il gruppo pisano ha sviluppato una nuova interfaccia cinestesica miochinetica bidirezionale, denominata MKkI, che utilizza piccoli magneti impiantati nei muscoli residui dell'avambraccio per generare vibrazioni localizzate in grado di ripristinare sensazioni naturali di movimento. Il sistema è stato integrato con la mano robotica Mia Hand, sviluppata dalla società spin-off della Scuola Sant'Anna Prensilia.

Sperimentazione sul paziente

L'interfaccia è stata sperimentata per sei settimane su un paziente italiano di 34 anni amputato di arto superiore. Durante il periodo di prova, il partecipante ha riferito di percepire l'apertura e la chiusura della mano attraverso movimenti coordinati molto simili a quelli sperimentati con un arto naturale. "L'interfaccia cinestesica miochinetica è unica perché utilizza un impianto semplice e minimamente invasivo per stimolare i muscoli senza coinvolgere la pelle", ha spiegato Federico Masiero: "Questo approccio potrebbe essere la chiave non solo per comprendere meglio il funzionamento del controllo motorio umano, ma anche per ripristinare la sensazione di movimento dopo un'amputazione".

Confronto con altre tecnologie

I ricercatori hanno confrontato i risultati ottenuti con quelli derivanti da un diverso sistema di feedback cinestesico sviluppato presso la Cleveland Clinic, basato su tecniche di reindirizzamento chirurgico dei nervi e sistemi robotici avanzati. Sebbene le due tecnologie siano strutturalmente differenti, entrambe agiscono stimolando in maniera selettiva i muscoli profondi e hanno prodotto effetti percettivi molto simili.

Sinergie e percezione

In entrambi i casi, infatti, i pazienti non hanno percepito segnali indipendenti associati alle singole dita, ma configurazioni motorie coordinate assimilabili a vere e proprie sinergie di movimento della mano. Inoltre, alcune sensazioni trasmesse attraverso le interfacce sono state elaborate dagli utilizzatori senza una consapevolezza immediata, suggerendo che il cervello possa organizzare le informazioni cinestesiche in modo più integrato e automatico di quanto ipotizzato finora.

Implicazioni cliniche

"La possibilità di confrontare dati ottenuti indipendentemente da due interfacce molto diverse rende questi risultati particolarmente convincenti", ha spiegato Paul Marasco della Cleveland Clinic: "Ci fornisce una base più solida per progettare terapie e dispositivi che interagiscano con il sistema nervoso in modo più naturale, con l'obiettivo finale di migliorare gli esiti clinici dei pazienti".

Applicazioni future

Secondo gli autori, le ricadute della ricerca potrebbero estendersi oltre il settore delle protesi, contribuendo allo sviluppo di nuove strategie riabilitative per pazienti colpiti da ictus, epilessia o sindromi dolorose croniche.

Prossimi sviluppi

Il prossimo passo sarà realizzare un impianto permanente capace di leggere la posizione dei magneti impiantati per controllare la protesi e, contemporaneamente, inviare stimoli vibratori in grado di restituire una percezione sensoriale sempre più vicina a quella naturale. "La nostra soluzione è stata implementata come dimostratore preliminare: l'impianto era stato progettato per durare sei settimane, un periodo che ritenevamo sufficiente per una prima verifica della sua utilità ed efficacia", ha affermato Christian Cipriani. "I risultati sono stati molto promettenti e ci hanno spinto a esplorare una soluzione impiantabile permanente, che consentirà di studiare l'interfaccia per periodi molto più lunghi e su un numero maggiore di partecipanti".