Salute: funziona la prima mano bionica sensibile agli oggetti, ed è “made in Italy”

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mano bionica italianaUna 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 e’ frutto di un progetto internazionale che vede l’Italia in prima linea. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Science Translational Medicine. Ci hanno lavorato medici e bioingegneri dell’Universita’ Cattolica-Policlinico Agostino Gemelli di Roma, dell’Universita’ Campus Bio-Medico di Roma, della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa e dell’IRCSS San Raffaele di Roma.
mano bionica italiana 01Fanno parte del gruppo di ricerca anche due Centri oltreconfine: l’Ecole Polytechnique Federale di Losanna e l’Istituto IMTEK dell’Universita’ di Friburgo.  Era il capodanno del 2004, quando Dennis Aabo Sorensen, 36enne danese, subi’ l’amputazione della mano sinistra, distrutta dallo scoppio di un petardo. Da allora solo una protesi estetica e l’impegno a ricominciare con la forza d’animo che gli ha anche permesso di superare i test psicologici di selezione, fino ad arrivare a Roma, per affrontare la fase sperimentale di LifeHand 2. La comunicazione tra cervello di Dennis e mano artificiale ha effettivamente funzionato grazie a un complesso sistema d’impulsi tra centro e periferia, tra organismo e arto artificiale, che ha avvicinato ulteriormente la scienza alla riproduzione del fenomeno naturale. “Quella del feedback sensoriale e’ stata per me un’esperienza stupenda”, ha raccontato Dennis. “Tornare a sentire la differente consistenza degli oggetti, capire se sono duri o morbidi e avvertire come li stavo impugnando e’ stato incredibile”, ha aggiunto.
mano bionica italiana 02Un’esperienza soggettiva confermata dall’osservazione sperimentale. In otto giorni di esercizi, infatti, Dennis e’ 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 cosi’ dimostrato che e’ possibile ripristinare un effettivo feedback sensoriale nel sistema nervoso di un paziente amputato, utilizzando i segnali provenienti dalle dita sensorizzate della protesi.  L’intervento per gli impianti di elettrodi e’ durato otto ore. Il punto di collegamento tra sistema nervoso di Dennis e protesi biomeccatronica sono stati quattro elettrodi intraneurali, poco piu’ grandi di un capello, impiantati nei nervi mediano e ulnare del suo braccio. Un intervento delicato, 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’Universita’ di Friburgo, sotto la direzione di Thomas Stieglitz, gli elettrodi sono stati impiantati trasversalmente rispetto ai fascicoli nervosi, in modo da moltiplicare la loro possibilita’ di contatto con le fibre dei nervi e di conseguenza la loro capacita’ di comunicazione con il sistema nervoso centrale. Il gruppo di lavoro, coordinato da 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 sviluppato parallelamente una serie di algoritmi capaci di trasformare in un linguaggio comprensibile al cervello di Dennis le informazioni provenienti dalla mano artificiale. “Il paziente e’ riuscito a modulare in maniera molto efficace e in tempo reale la forza di presa da applicare sugli oggetti”, ha commentato Micera. “Ha svolto, inoltre, gli esercizi bendato, riuscendo a riconoscere – ha aggiunto – le varie proprieta’ di questi oggetti grazie unicamente al continuo invio d’informazioni sensoriali dalla protesi al suo sistema nervoso. E’ la prima volta che si realizza qualcosa di simile”. Usa una metafora, per spiegare la sfida, Paolo Maria Rossini, responsabile clinico della sperimentazione presso l’IRCCS San Raffaele Pisana di Roma e Direttore dell’Istituto di Neurologia dell’Universita’ Cattolica-Policlinico Gemelli: “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 li’ non puoi piu’ tornare indietro”. Il viaggio verso il futuro, comunque, e’ andato bene: “Avevamo l’obiettivo di esplorare i cambiamenti nell’organizzazione del cervello di Dennis – ha proseguito Rossini – sperando che si verificasse quel che poi e’ stato: il pieno controllo dei feedback provenienti dalla protesi da parte del paziente, la preservazione della funzionalita’ di cio’ che rimane dei suoi nervi mediano e ulnare, la riorganizzazione della neuroplasticita’ del suo cervello in modo da consentirgli un efficace controllo della mano robotica”. Finanziato dall’Unione Europea e dal Ministero della Salute italiano, il cui ente capofila e’ l’IRCCS San Raffaele-Pisana di Roma, LifeHand 2 e’ il proseguimento di un programma di ricerca che cinque anni fa porti’ la protesi biomeccatronica CyberHand – versione meno evoluta della OpenHand utilizzata per questo secondo esperimento – a rispondere per la prima volta al mondo ai comandi di movimento trasmessi direttamente dal cervello del paziente. Nel 2008, tuttavia, la protesi non poteva ancora essere calzata sul braccio umano, permetteva di compiere solo tre movimenti (presa a pinza, chiusura del pugno e movimento del mignolo) e non restituiva alla persona nessuna sensazione.