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ADDIO 'SINDROME DELL' ARTO FANTASMA': SENTIRE LE GAMBE CON LA PROTESI. PROGETTO SVIZZERA-ITALIA-SERBIA-FRANCIA-FINLANDIA

Quando camminiamo, sentiamo naturalmente il ginocchio che si piega o i piedi che toccano il suolo. Il sistema nervoso attinge costantemente da feedback sensoriali di questo tipo per controllare con precisione i muscoli. Le persone che usano una protesi per gamba, tuttavia, non sanno esattamente dove si trova la protesi, come si muove o su quale tipo di terreno si trova.

Spesso non possono fidarsi completamente della protesi quando camminano, facendo cosi affidamento soprattutto sulla gamba intatta, il che a sua volta riduce la mobilità e fa sì che ci si stanchi più rapidamente. Una semplice passeggiata su ciottoli o sabbia, ad esempio, può rivelarsi molto estenuante per le persone che usano una protesi. Inoltre, le persone con amputazioni possono sperimentare dolore agli arti fantasma, una condizione che i farmaci esistenti spesso non possono trattare. Savo Panic, chi sperimenta questo fenomeno, dice che si sveglia di notte a causa del dolore fantasma: "La punta che non ho fa male. Alluce, piede, tallone, caviglia, polpaccio: fanno tutti male e non li ho nemmeno".

Un team internazionale di ricercatori guidato da ETH Zurigo e dalla società start-up con sede a Losanna, SensArs, ha ora sviluppato un'interfaccia per collegare una protesi della gamba con i nervi residui presenti nella coscia, fornendo così un feedback sensoriale. In uno studio condotto in collaborazione con l'Università di Belgrado, gli scienziati hanno testato questo sistema di neurofeedback con due volontari, che hanno un'amputazione della gamba sopra il ginocchio e usano una protesi della gamba (una delle quali è Panic).

I benefici sono stati evidenti, come riportato dai ricercatori nell'ultimo numero della rivista Nature Medicine. "Questo studio mostra quanto sia positivo per la salute delle persone con gambe amputate avere una protesi che lavora con impianti neurali per ripristinare il feedback sensoriale", afferma Stanisa Raspopovic, professore presso l'Istituto di robotica e sistemi intelligenti dell'ETH Zurigo.

Trasformare segnali artificiali in segnali naturali

Per fornire al sistema nervoso informazioni sensoriali, gli scienziati hanno iniziato con una protesi high-tech disponibile in commercio: hanno attaccato sensori tattili alla pianta del piede protesico e hanno raccolto i dati sul movimento del ginocchio forniti dall'articolazione elettronica della protesi.

Per i tre mesi che è durato l'esperimento, i chirurghi hanno inserito piccoli elettrodi nella coscia di ciascun volontario e li hanno collegati ai nervi residui delle gambe. "L'obiettivo dell'intervento chirurgico era introdurre elettrodi nei punti giusti all'interno del nervo, per consentire il ripristino di un realistico feedback sensoriale e consentire la stabilità degli elettrodi", spiega Marko Bumbasirevic, professore e microchirurgo ortopedico presso il Centro clinico della Serbia a Belgrado, medico responsabile dell'impianto di elettrodi. Gli elettrodi sono stati sviluppati da scienziati dell'Università di Friburgo e la protesi proveniva dalla ditta protesica Össur; entrambi sono stati attivamente coinvolti nel progetto.

Il team di ricerca ha sviluppato algoritmi per tradurre le informazioni dai sensori tattili e di movimento in impulsi di corrente - il linguaggio del sistema nervoso - che sono stati consegnati al nervo residuo.

La natura ha fatto il resto: i segnali dai nervi residui vengono trasmessi al cervello della persona, che è quindi in grado di rilevare la protesi e aiuta l'utente a regolare di conseguenza la propria andatura. La macchina e il corpo sono finalmente collegati.

Meno sforzi durante la camminata

Come parte dello studio, i volontari sono stati sottoposti a una serie di test, alternando prove con e senza neurofeedback. I risultati hanno reso molto chiaro quanto sia stato vantaggioso il feedback: camminare con neurofeedback era fisicamente molto meno impegnativo, come dimostrato dalla significativa riduzione del consumo di ossigeno dei volontari durante la deambulazione.

Anche mentalmente il tutto era meno faticoso, come i ricercatori hanno mostrato con misurazioni dell'attività cerebrale durante gli studi. I volontari non dovevano concentrarsi troppo sulla loro andatura, il che significava che erano in grado di dedicare più attenzione ad altri compiti.

In un test difficile, i volontari hanno dovuto camminare sulla sabbia, e di nuovo il feedback ha permesso loro di camminare molto più velocemente. Nei sondaggi, i volontari hanno affermato che il neurofeedback ha aumentato notevolmente la loro fiducia nella protesi.

Riduzione del dolore agli arti fantasma

L'interfaccia con il sistema nervoso può anche essere utilizzata per stimolare i nervi indipendentemente dalla protesi. Prima di iniziare il processo, entrambi i volontari si sono lamentati del dolore fantasma agli arti. Nel corso di un programma di terapia di un mese con neurostimolazione, gli scienziati sono riusciti a ridurre considerevolmente questo dolore in uno dei volontari e a farlo scomparire nell'altro: "Da quando ho iniziato questo programma di trattamento, dopo aver ricevuto stimolazioni elettriche, non sento alcun dolore fantasma".

Gli scienziati vedono questi risultati in modo ottimistico. Tuttavia, sottolineano la necessità di un'indagine più lunga con valutazioni interne e un numero maggiore di volontari, al fine di fornire dati più solidi, per trarre conclusioni più significative. Per lo studio clinico a tempo limitato, i segnali dalla protesi sono stati inviati lungo i cavi attraverso la pelle agli elettrodi nella coscia. Ciò significava che i volontari dovevano sottoporsi a regolari esami medici. Per eliminare questa necessità, gli scienziati intendono sviluppare un sistema completamente impiantabile. "In SensArs, stiamo progettando di sviluppare un dispositivo di neurostimolazione wireless che può essere completamente impiantato nel paziente come un pacemaker e che può essere immesso sul mercato", conclude Francesco Petrini, CEO di SensArs.

Oltre all'ETH di Zurigo, le Università di Belgrado e Friburgo, SensArs e Össur, il progetto ha coinvolto scienziati dell'EPFL, la Scuola di studi avanzati Sant'Anna di Pisa, l'Università di Montpellier e la società mBrainTrain.

Lo studio:

Petrini FM, Bumbasirevic M, Valle G, Ilic V, Mijovi? P, ?van?ara P, Barberi F, Katic N, Bortolotti D, Andreu D, Lechler K, Lesic A, Mazic S, Mijovi? B, Guiraud D, Stieglitz T, Alexandersson Á , Micera S, Raspopovic S: il ripristino del feedback sensoriale negli amputati delle gambe migliora la velocità della camminata, il costo metabolico e il dolore fantasma. Nature Medicine, 9 settembre 2019, doi: 10.1038 / s41591-019-0567-3

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