Nuevos avances para prótesis con sentido del tacto

  • Un nuevo estudio dirigido por neurocientíficos de la Universidad de Chicago, en Estados Unidos, avanza hacia la construcción de prótesis para los seres humanos que vuelvan a crear un sentido del tacto a través de una interfaz directa con el cerebro.

La investigación, publicada este lunes en 'Proceedings of the National Academy of Sciences', muestra que ese tacto artificial es altamente dependiente de varias características de los estímulos eléctricos, como la fuerza y la frecuencia de las señales.

"Aquí es donde el caucho resuelve el camino en la construcción de neuroprótesis sensibles al tacto", afirma Sliman Bensmaia, profesor asociado en el Departamento de Biología y Anatomía de Organismos de la Universidad de Chicago y autor principal del estudio. "Ahora entendemos los aspectos prácticos de estimulación y qué herramientas están a nuestra disposición para crear sensaciones artificiales que estimulen el cerebro", añade.

La investigación de Bensmaia es parte de 'Revolutionizing Prosthetics', un proyecto de varios años de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada en Defensa (DARPA, por sus siglas en inglés), en Estados Unidos, que busca crear un miembro superior modular artificial que pueda restablecer el control motor natural y la sensación en personas amputadas. El proyecto ha reunido a un equipo interdisciplinario de expertos de agencias gubernamentales, empresas privadas e instituciones académicas, como el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins y la Universidad de Pittsburgh, en Estados Unidos.

Bensmaia y sus colegas en la Universidad de Chicago están trabajando específicamente en los aspectos sensoriales de estas extremidades. Para este estudio, implantaron electrodos en monos, cuyos sistemas sensoriales se parecen mucho a los de los humanos, en el área del cerebro que procesa la información táctil de la mano. Los animales fueron entrenados para realizar dos tareas perceptivas: una en la que detectaron la presencia de un estímulo eléctrico y una segunda en la que debían indicar cuál de los dos estímulos sucesivos fue más intenso.

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Durante estos experimentos, Bensmaia y su equipo de investigadores manipularon diversas características de la cadena de pulsos eléctricos, como su amplitud, frecuencia y duración, y observaron cómo la interacción de cada uno de estos factores afectó a la capacidad de los animales para detectar la señal.

De especial interés son las "diferencias apenas perceptibles" (JND, por sus siglas en inglés) o los cambios incrementales necesarios para producir una sensación de sentir diferente. Por ejemplo, a una frecuencia determinada, la señal puede ser detectable primero a una fuerza de 20 microamperios de electricidad. Si la señal tiene que subirse a 50 microamperios para notar una diferencia, la JND en ese caso es de 30 microamperios.

El sentido del tacto está realmente formado por un conjunto complejo y matizado de sensaciones, desde el contacto y la presión a la textura, pasando por la vibración y el movimiento. Al documentar el rango, la composición y los incrementos específicos de las señales que crean sensaciones que se sienten diferentes entre sí, Bensmaia y sus colegas han proporcionado las "notas" a los científicos que pueden tocar para producir la "música" del sentido del tacto en el cerebro.

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"Cuando usted agarra un objeto, por ejemplo, puede mantenerlo con diferentes grados de presión. Para volver a crear un sentido realista de contacto, se necesita saber cuántos grados de presión se pueden transmitir a través de la estimulación eléctrica --subraya Bensmaia--. Lo ideal sería que usted pudiera tener el mismo rango dinámico para el tacto artificial que para el tacto natural".

El estudio tiene importantes implicaciones científicas también más allá de neuroprótesis. En la percepción natural, un principio conocido como la Ley de Weber afirma que la diferencia notable entre dos estímulos es proporcional al tamaño del estímulo. Por ejemplo, con una bombilla de 100 vatios, se podría detectar una diferencia de brillo mediante el aumento de su poder a 110 vatios, de forma que la JND en este caso es de 10 vatios. Según con la Ley de Weber, si se duplica la potencia de la bombilla a 200 vatios, la JND sería de 20 vatios.

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Sin embargo, la investigación de Bensmaia muestra que, con la estimulación eléctrica del cerebro, la Ley de Weber no se aplica, ya que la JND permanece casi constante, sin importar el tamaño del estímulo. Esto significa que el cerebro responde a la estimulación eléctrica de una manera mucho más repetible y consistente que mediante la estimulación natural.

"Esto demuestra que hay algo fundamentalmente diferente acerca de la forma en la que el cerebro responde a la estimulación eléctrica de lo que hace a la estimulación natural --detalla Bensmaia--. Este estudio nos lleva al punto en el que realmente podemos crear algoritmos reales que funcionan. Nos da los parámetros en cuanto a qué podemos lograr con el tacto artificial y nos lleva un paso más cerca de tener algoritmos humana listos".

 

ep

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