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Sep 12, 2023

Questo arto protesico si attacca effettivamente ai nervi di chi lo indossa

Maggie Chen Oltre alle Olimpiadi e alle Paralimpiadi, c'è un'altra celebrazione epica della forza umana: il Cybathlon, altrimenti noto come Olimpiadi del Cyborg. Secondo Max Ortiz-Catalano, a

Maggie Chen

Oltre alle Olimpiadi e alle Paralimpiadi, c'è un'altra celebrazione epica della forza umana: il Cybathlon, altrimenti noto come Olimpiadi del Cyborg. Secondo Max Ortiz-Catalan, ingegnere bionico della Chalmers University of Technology in Svezia, sono "le Olimpiadi dei cyborg, dove le tecnologie vengono utilizzate per superare le disabilità". A differenza degli altri eventi, il Cybathlon commemora le nuove tecnologie protesiche e organizza gare a tempo che vanno dal ciclismo allo stendere la biancheria.

Appendere le magliette mentre si indossa una protesi al braccio è particolarmente difficile. Queste protesi possono essere ingombranti e difficili da manovrare, con un raggio di movimento limitato. È una sfida su cui il gruppo di ricerca di Ortiz-Catalan lavora da oltre un decennio. Ma in uno studio pubblicato di recente su Science Translational Medicine, il team ha compiuto un passo importante per rendere il movimento della protesi più preciso e controllabile, uno studio che spera possa aiutare una persona che indossa il proprio design protesico a vincere quella che il Cybathlon chiama la sua “corsa agli armamenti” nel 2024. La maggior parte delle braccia protesiche utilizza altre parti del corpo della persona, come le spalle o i gomiti, per azionarsi, il che limita la destrezza. Ma quello dimostrato dal team nello studio era collegato direttamente al sistema nervoso dell'utente, consentendogli di muovere individualmente ciascun dito protesico a piacimento. Questi movimenti si rivelerebbero utili per qualcosa come agganciare una maglietta a uno stendibiancheria, uno dei compiti della competizione.

Per i pazienti, "ciò che apprezzano e a cui danno maggiore priorità nella protesi è stato il controllo", afferma Ortiz-Catalan. “Così abbiamo iniziato a lavorare sulle procedure chirurgiche per migliorare il modo in cui possiamo accedere alle informazioni per il controllo”.

Le protesi esistono da quasi 3.000 anni: la prima scoperta fu un dito di legno rinvenuto nella bara di una nobildonna egiziana. Nel corso degli anni, le protesi sono state perfezionate per diventare più leggere e più simili a quelle umane e per offrire una maggiore libertà di movimento. Anche così, permangono sfide importanti. Paul Cederna, chirurgo plastico dell'Università del Michigan, afferma che spostare le protesi “azionate dal corpo”, che controllano la protesi attraverso cavi e imbracature fissate all'arto moncone, richiede molto sforzo e spesso porta a dolore o affaticamento.

Un nuovo tipo di dispositivo, noto come “protesi mioelettrica”, è alimentato da segnali nervosi elettrici provenienti dal moncone. Questi "hanno incredibili capacità robotiche ma non esiste una buona strategia per riuscire a controllarli", dice Cederna, come avere "una Ferrari nel garage ma senza chiavi della macchina". Si trovano ad affrontare una serie di problemi: ad esempio, in molti pazienti con amputazioni degli arti superiori, i muscoli che controllano le singole dita o i piccoli movimenti non esistono più, limitando i movimenti che possono eseguire con una protesi. I segnali nervosi provenienti dal cervello possono essere minuscoli, il che li rende difficili da captare tra gli altri rumori elettrici del corpo. E mentre la maggior parte delle protesi mioelettriche funzionano sulla base di una serie di elettrodi superficiali posizionati sulla pelle del moncone dell'utente, questi elettrodi possono scivolare, rendendo inaffidabile la protesi.

Nel 2020, il gruppo di ricerca di Cederna ha sviluppato una strategia chirurgica diversa: collegare i nervi del moncone a piccoli pezzi di muscolo. Lavorando con pazienti che avevano amputato le braccia, hanno sezionato le porzioni terminali di interi nervi dal moncone in fascicoli o piccoli fasci di fibre nervose. Quindi avvolgevano ciascun fascicolo con un piccolo pezzo di muscolo prelevato da qualche altra parte del corpo e privato dei suoi nervi. (Immagina un maiale in una coperta, dove la salsiccia è il nervo e la mezzaluna arrotolata attorno ad esso è l'innesto muscolare.)

Gregorio Barbiere

Celia Ford

Adriana Così

Bella Biondini

Nel corso di diversi mesi, ogni fascicolo crescerebbe nel muscolo, rifornendolo di segnali nervosi. Posizionando un elettrodo nel piccolo fascio muscolo-nervoso, gli scienziati hanno potuto registrare in tempo reale quali segnali nervosi provenivano da ciascun fascio. "Quindi, invece di provare a registrare minuscoli segnali nervosi, puoi registrare questi segnali muscolari enormemente amplificati", afferma Cederna. "Quel piccolo pezzo di muscolo agisce come un bioamplificatore e ora puoi sentire cosa dice un nervo."