Ricordiamo tutti le immagini di Guerre Stellari in cui Luke Skywalker testava la sensibilità della protesi bionica che aveva preso il posto della mano amputata nel duello con Darth Vader (ribattezzato in Italia Dart Fener). Spesso chi subisce un’amputazione continua a ‘sentire’ la parte del corpo che non c’è più: un fenomeno noto come ‘arto fantasma’.
Ebbene, proprio una scoperta sull’arto fantasma – e la ricostruzione della mappa ‘invisibile’ di terminazioni nervose ricresciute dopo l’amputazione della mano – è alla base di un nuovo, eccezionale risultato della ricerca, descritto su ‘Science’.
Un team italo-svizzero ha infatti sviluppato e sperimentato con successo una nuova tecnologia bionica che consente alle persone amputate di rilevare la temperatura degli oggetti, sia caldi che freddi, direttamente nella mano e sulle dita fantasma.
La tecnologia è basata su uno speciale mini-sensore (nella foto sopra) che apre la strada a protesi non invasive innovative, realistiche e sempre più sensibili, in grado di percepire caldo e freddo.
Le testimonianze
“Quando tocco il moncherino, sento un formicolio nella mia mano mancante, la mia mano fantasma. Ma sentire la variazione di temperatura è una cosa diversa, qualcosa di importante… una cosa bellissima”, ha raccontato Francesca Rossi, una donna amputata di Bologna coinvolta nello studio che ha testato gli effetti
di feedback della temperatura direttamente sulla pelle del braccio residuo dei volontari.
Rossi è una dei 17 pazienti amputati che hanno percepito il cambiamento di temperatura sull’arto fantasma grazie alla nuova tecnologia sviluppata dall‘Epfl (Ecole polytechnique federale de Lausanne) e testata insieme a Sant’Anna di Pisa e Centro Protesi Inail.
Nel gruppo c’è anche un altro volontario italiano, Fabrizio Fidati (che vedete nel video): “Il calore è la sensazione più bella che c’è”, testimonia nel corso dell’esperimento, raccontando di sentire caldo sull’indice della mano amputata.
“La percezione della temperatura è una bella sensazione perché senti l’arto, l’arto fantasma, interamente. Non sembra più un fantasma, perché è tornato”, ha aggiunto Rossi.
La ricerca è frutto del lavoro di due celebri scienziati, Silvestro Micera e Solaiman Shokur, da anni impegnati in questo campo. I due hanno voluto incorporare questo elemento all’interno di protesi innovative, non invasive, più sensibili e realistiche. Ebbene, nel corso della loro ricerca si sono imbattuti in una scoperta che ha superato di gran lunga le loro aspettative.
La scoperta
Se metti qualcosa di caldo o freddo sull’avambraccio di un individuo sano, questi sentirà
la temperatura dell’oggetto direttamente sull’avambraccio. Ma negli amputati la sensazione della temperatura ‘somministrata’ sul braccio residuo può essere avvertita nella mano fantasma.
I ricercatori hanno usato elettrodi termici (noti anche come termodi) posizionati contro la pelle del moncherino dei volontari, scoprendo così che le persone amputate riferiscono di sentire la temperatura nell’arto fantasma. Non solo possono capire se un oggetto è caldo o freddo, ma possono dire se si tratta di rame, plastica o vetro.
La collaborazione fra i tre centri ha permesso di testare con successo questa tecnologia in 17 pazienti su 27. “Di particolare importanza è il fatto che le sensazioni termiche siano percepite dal paziente come simili a quelle sperimentate dalla mano intatta“, spiega Shokur, il neuroingegnere che ha co-diretto lo studio.
“Stimolando termicamente il moncherino, nel 70% dei volontari abbiamo ricostruito la mappa generando una risposta termica nell’arto fantasma. Una mappa che è risultata diversa per ogni paziente, così come la risposa alla stimolazione termica”, dice a Fortune Italia Silvestro Micera, raggiunto in Svizzera. “Sarà interessante immaginare ora una ulteriore miniaturizzazione del sensore per suscitare sensazioni maggiori nel paziente”.
Arti bionici sensibili e realistici
La ricerca ha portato allo sviluppo di una nuova tecnologia bionica, che dota le protesi di un sistema che consente agli amputati di capire cosa stanno toccando. “Il feedback sulla temperatura è essenziale per trasmettere informazioni che vanno oltre il tatto, suscita sentimenti. Siamo esseri sociali e il calore è un elemento importante per conoscere l’arto”, ha aggiunto Micera, della Cattedra Fondazione Bertarelli in Neuroingegneria traslazionale, docente presso Epfl e Scuola Sant’Anna di Pisa, che ha anche co-diretto lo studio.
“Per la prima volta, dopo molti anni di ricerca nel mio laboratorio possiamo
prevedere la possibilità di restituire tutte le sensazioni di una mano vera”.
Il prototipo e i test di MiniTouch
Per lo studio, Shokur e Micera hanno sviluppato il MiniTouch (nella foto sopra), un dispositivo che fornisce una sensazione di calore, costruito appositamente per l’integrazione nelle protesi indossabili. Il MiniTouch è costituito da un sottile sensore indossabile che può essere posizionato sopra la protesi di un dito amputato. Il sensore rileva le informazioni termiche sull’oggetto toccato e la sua conducibilità termica.
Un sensore a contatto con la pelle del braccio residuo dell’amputato poi si riscalda o si raffredda, trasmettendo così il profilo della temperatura dell’oggetto che viene toccato.
“Quando abbiamo illustrato la possibilità di recuperare la sensazione di temperatura sull’arto fantasma abbiamo ottenuto molti feedback positivi. E alla fine, siamo riusciti a reclutare più di 25 volontari in meno di due anni”, ha raccontato Federico Morosato, che si è occupato di organizzare l’aspetto clinico delle prove al Centro Protesi Inail.
La mappa e la protesi di Guerre Stellari
Nei dettagli, gli scienziati hanno scoperto che piccole aree di pelle sul braccio residuo proiettano su parti specifiche del mano fantasma, come il pollice o la punta di un indice.
Ma questo studio ci avvicina davvero alla protesi smart immaginata in Guerre Stellari? “Assolutamente sì – dice a Fortune Italia Francesco Iberite, dottorando della Sant’Anna fra gli autori della ricerca – Noi lavoriamo nell’interfaccia tra un sistema meccanico e il corpo umano. L’obiettivo finale è creare un’illusione nell’utilizzatore: la protesi deve far parte di lui. Per questo è essenziale non solo far muovere la protesi, ma anche che questa restituisca sensazioni credibili e complete”.
Il gruppo ha utilizzato negli anni sistemi diversi a questo scopo. “La novità – è stata lavorare sulla sensazione di temperatura. Sappiamo che al cervello non piacciono le sorprese, e non gradisce incontrare qualcosa che non si aspetta. Inoltre rilevare la temperatura ci permette di riconoscere il calore degli esseri umani”. Ecco perchè il team ha cercato una ‘mappa’ sulla quale agire per far percepire la temperatura su una parte dell’arto fantasma.
Come hanno raccontato i pazienti, la sensazione è molto forte. “Le ultime volte il soggetto si lamentava del freddo eccessivo sul dito e mi ha chiesto di riscaldarlo un po’ prima della fine dell’esperimento”, dice Iberite.
Ma come è stata individuata la mappa? “Abbiamo disegnato una griglia sulla pelle dei soggetti, in cerca dei punti che restituvano sensazioni di calore sull’arto fantasma”. La mappa è stata poi affinata e adesso gli scienziati sanno dove intervenire per suscitare le sensazioni. La strada delle protesi sensorizzate è segnata, e la promessa è quelle di offrire un tocco più naturale e intelligente.
Nel prossimo futuro “c’è anche l’idea di sfruttare il vantaggio di una stimolazione indossabile, non invasiva, facilissima da integrare in una protesi. L’obiettivo con Francesco – conclude Micera – è miniaturizzare il tutto, per rendere il sensore ancora più integrabile nella protesi”.
