Un dito bionico per restituire il tatto a chi non ha più un arto

Una ricerca della Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa e dell'École Polytechnique Fédérale di Losanna ha permesso a un uomo amputato di riconoscere al tatto le caratteristiche di alcune superfici grazie a un dito artificiale.

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Un dito artificiale realizzato dall’Istituto di BioRobotica di Pisa potrebbe aiutare a restituire il senso del tatto alle persone amputate. Crediti immagine: Hillary Sanctuary, EPFL

SENZA BARRIERE – Considerato in modo errato da molti come il minore dei cinque sensi, il tatto riveste un ruolo fondamentale nel campo delle percezioni umane. Consente di avvertire la temperatura degli oggetti toccati, di saggiarne la consistenza e di percepirne la superficie. Il ruolo del tatto, tuttavia, non si esaurisce qui: questo senso influisce in modo significativo anche sulle capacità prensili della mano, condizionandone la funzionalità e la possibilità di manipolare gli oggetti. Per questi motivi persino le protesi più avanzate essendo prive di tatto non riescono a riprodurre appieno tutte le peculiarità dell’arto perduto, rendendosi solo parzialmente efficaci. Ma qualcosa sta per cambiare e le novità arrivano proprio dall’Italia.

Un gruppo di scienziati dell’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, in collaborazione con l’École Polytechnique Fédérale di Losanna, in Svizzera, ha raggiunto un traguardo memorabile nel campo della ricerca sulle protesi bioniche potenziate. Per la prima volta al mondo un uomo che ha subito l’amputazione di una mano, il danese Dennis Aabo Sørensen, è riuscito a percepire la texture di una superficie grazie a un dito bionico connesso a degli elettrodi impiantati chirurgicamente nel braccio (potete vedere qui un video dell’esperimento).

“L’idea era quella di restituire alle persone amputate le percezioni tattili provate da chi ha entrambi gli arti”, racconta Calogero Maria Oddo, bioingegnere dell’Istituto di BioRobotica e autore dello studio pubblicato sulla rivista eLIFE. “Così abbiamo connesso un dito artificiale dotato di sensori ai nervi del braccio di Sørensen, tramite l’impianto di elettrodi. In seguito, abbiamo governato i movimenti del dito grazie a un computer, facendo in modo che ‘accarezzasse’ le differenti superfici di plastica realizzate con una stampante 3D. Ogni superficie presentava diverse linee in rilievo: alcune vicine tra loro e lisce, altre distanti e più rugose. Durante i movimenti compiuti dal dito artificiale sulla texture i sensori generavano dei segnali elettrici. Questi segnali, a loro volta, venivano trasformati in una sequenza di impulsi elettrici che, inviati al nervo mediano, raggiungevano la corteccia somatosensoriale del cervello, consentendo alla persona di percepire l’alternanza di creste e valli sulla superficie, la periodicità e la diversità di trama delle righe ricorrenti.”

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Grazie a un dito artificiale, un uomo amputato è riuscito a riconoscere la texture di alcune superfici. Crediti immagine: Scuola Superiore Sant’Anna ed École Polytechnique Fédérale

Nel 96% delle prove sperimentali eseguite, Dennis Aabo Sørensen è stato in grado di descrivere la natura della superficie, definendola liscia o rugosa. Come l’uomo stesso ha dichiarato in seguito, la sensazione percepita era paragonabile a quella avvertita con l’arto: “Mi è sembrato di sfiorare gli oggetti con la punta del dito della mia mano fantasma”, ha affermato Sørensen.  Ma l’indice bionico conferisce davvero sensazioni simili a quelle sentite grazie al tatto? Per averne la prova, gli scienziati hanno confrontato l’attività delle onde cerebrali di Sørensen con quella di soggetti non amputati, mentre sfioravano le varie stampe 3D con il dito. Dall’esame elettroencefalografico è emerso che le regioni del cervello attivate in entrambi i casi erano analoghe.

Per fornire un’ulteriore prova a supporto della propria ricerca, il gruppo pisano ha testato anche su soggetti non amputati la capacità di avvertire la texture attraverso la protesi. Tramite degli aghi microneurografici, inseriti temporaneamente nel nervo mediano del braccio e collegati al dito bionico, i volontari sono stati in grado di distinguere la superficie sfiorata nel 77% delle prove effettuate. La possibilità di eseguire test efficaci senza ricorrere all’impianto chirurgico di elettrodi contribuirà ad accelerare la ricerca sul tatto in protesica.

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Nel 96% dei tentativi, l’uso del dito bionico ha consentito a un uomo amputato di riconoscere correttamente il tipo di texture “toccata”. Crediti immagine: eLIFE

“I successi raggiunti sono entusiasmanti e  non hanno precedenti nel panorama mondiale”, dichiara soddisfatto Oddo che, tuttavia, aggiunge alcune precisazioni. “Lo studio effettuato è il frutto del contributo di più discipline e coniuga le scienze di base all’ingegneria applicata. I risultati sono il punto d’approdo di una ricerca sui sensori tattili che va avanti decine di anni e che in questo traguardo vede anche il suo nuovo inizio. Occorre specificare che, sebbene abbiamo restituito una parte significativa delle percezioni tattili a chi non ha più un arto, siamo ancora lontani dal donare questo senso in modo completo. Procederemo per gradi: abbiamo iniziato con un dito, aumenteremo la complessità dell’esperimento fino a conferire le percezioni tramite tutta la mano. Crediamo molto in ciò che stiamo realizzando e della collaborazione abbiamo fatto il nostro punto di forza. Silvio Micera, professore dell’École Polytechnique Fédérale, è stato il ponte che ci ha permesso di unire le nostre competenze a quelle dei colleghi di Losanna. Le collaborazioni con l’Università di Pisa, l’Ircss San Raffaele Pisana, l’Università Cattolica e il Campus Biomedico di Roma sono state indispensabili per coniugare la parte chirurgica e neurologica a quella meccanica. Ma la ricerca ha i suoi tempi e l’applicazione pratica non è immediata. Spesso tutto questo viene dimenticato”, sottolinea Oddo, che conclude fornendo alcuni dettagli sui progetti futuri.

“Noi procederemo con desideri e obiettivi sempre più ambiziosi: la prossima generazione di mani bioniche dovrà restituire tutte le sensazioni alla persona che la indossa, solo così potrà essere davvero funzionale e verrà accettata. Continueremo a fare ricerca come sempre, con uno sguardo al passato e uno al futuro. Con la consapevolezza che siamo nani, sì, ma sulle spalle dei giganti.”

Leggi anche: Barbara Mazzolai e Cecilia Laschi: le donne italiane della robotica

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