Una nuova tecnica consente il controllo nervoso delle protesi / New technique enables nerve control of prostheses

 Una nuova tecnica consente il controllo nervoso delle protesi / New technique enables nerve control of prostheses

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Nuovi microelettrodi (a 40 canali) sono stati impiantati nei muscoli di tre partecipanti allo studio con amputazione del braccio /  Novel (40-channel) microelectrodes were implanted in the muscles of three arm amputee study participants -

Alcuni scienziati europei hanno sviluppato un nuovo metodo per rilevare con precisione i segnali nervosi residui dopo l'amputazione di un braccio ed utilizzarli per controllare un braccio artificiale.

Lo studio condotto dall'Università Medica di Vienna e dall'Imperial College di Londra potrebbe costituire la base per lo sviluppo della prossima generazione di protesi. Il lavoro è descritto in dettaglio sulla rivista Nature Biomedical Engineering.

Nell'ambito del progetto Natural BionicS, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, sono stati impiantati nuovi microelettrodi (a 40 canali) nei muscoli di tre partecipanti allo studio, sottoposti ad amputazione di un braccio, che erano stati precedentemente ricollegati ai nervi tramite reinnervazione muscolare mirata (TMR). Secondo il gruppo, questa procedura chirurgica reindirizza le vie nervose residue dopo l'amputazione verso i muscoli ancora presenti, creando nuove interfacce attraverso le quali è possibile recuperare i segnali neurali.

Combinando la reinnervazione chirurgica con microelettrodi impiantabili, gli scienziati della MedUni di Vienna e  dell'Imperial College di Londra sono riusciti per la prima volta a misurare direttamente l'attività dei singoli motoneuroni – cellule nervose nel midollo spinale che trasmettono i comandi di movimento ai muscoli – ed a collegare i loro schemi di segnale a specifiche intenzioni di movimento.

Per raggiungere questo risultato, i partecipanti hanno eseguito mentalmente diversi movimenti con il loro braccio fantasma. 

"Utilizzando il nostro metodo, siamo stati in grado di identificare con precisione i segnali nervosi che sono alla base, ad esempio, dell'allungamento di un dito o della flessione del polso", ha affermato l'autore dello studio Oskar Aszmann, responsabile del Laboratorio Clinico per la Ricostruzione degli Arti Bionici presso il Dipartimento di Chirurgia Plastica, Ricostruttiva ed Estetica della MedUni Vienna.

L'analisi dei segnali nervosi registrati, altamente differenziati, ha inoltre dimostrato che le intenzioni di movimento complesse rimangono intatte nel sistema nervoso, anche dopo l'amputazione, e possono essere ricostruite matematicamente. Di conseguenza, queste informazioni potranno essere utilizzate in futuro per il controllo preciso delle protesi bioniche.

"Questo è un passo cruciale per rendere il controllo degli arti bionici più naturale ed intuitivo", ha dichiarato Aszmann in un comunicato.

Il gruppo ha affermato che le sue scoperte porteranno allo sviluppo di un cosiddetto bioscreen, un sistema in grado di visualizzare i complessi schemi neurali dei movimenti umani e che costituirà la base per le nuove generazioni di protesi. La ricerca attuale sta ponendo le basi per lo sviluppo di impianti wireless in grado di trasmettere segnali nervosi direttamente ed in tempo reale a mani bioniche od altri sistemi di assistenza.

ENGLISH

Scientists in Europe have developed a new method for precisely detecting the nerve signals remaining after an arm amputation and using them to control an artificial arm.

The study from the Medical University of Vienna and Imperial College London could form the basis for the development of the next generation of prostheses. The work is detailed in Nature Biomedical Engineering.

As part of the Natural BionicS project funded by the European Research Council, novel (40-channel) microelectrodes were implanted in the muscles of three arm amputee study participants, which had previously been reconnected to nerves through targeted muscle reinnervation (TMR). According to the team, this surgical procedure redirects nerve pathways remaining after amputation to muscles that are still present, which creates new interfaces through which neural signals can be retrieved.

By combining surgical reinnervation with implantable microelectrodes, scientists at MedUni Vienna and Imperial College London succeeded for the first time in directly measuring the activity of individual motor neurons – nerve cells in the spinal cord that transmit movement commands to the muscles – and linking their signal patterns to specific movement intentions.

To achieve this result, the participants mentally performed various movements with their phantom arm. 

"Using our method, we were able to precisely identify the nerve signals that underlie, for example, the stretching of a finger or the bending of the wrist," said study author Oskar Aszmann, head of the Clinical Laboratory for Bionic Limb Reconstruction at the Department of Plastic, Reconstructive and Aesthetic Surgery at MedUni Vienna.

Analysis of the recorded, highly differentiated nerve signals also showed that complex movement intentions remain intact in the nervous system, even after amputation, and can be mathematically reconstructed. Consequently, this information can be used in future for the precise control of bionic prostheses.

"This is a crucial step towards making the control of bionic limbs more natural and intuitive," Aszmann said in a statement.

The team said its findings will lead to the development of a so-called bioscreen, which is a system that visualises the complex neural patterns of human movements and forms the basis for new generations of prostheses. Current research is laying the foundation for the development of wireless implants that can transmit nerve signals directly and in real time to bionic hands or other assistance systems.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/new-breakthrough-links-nerve-signals-to-bionic-arms?utm_source=content_recommendation&utm_medium=blueconic