Oltre la sindrome dell’arto fantasma


Braccio-robotico-650x245Sarebbe bello riuscire a vedere degli uomini “bionici” in grado di comandare con la sola azione del cervello braccia e mani meccanicheSe la realizzazione di arti artificiali inferiori ha visto enormi progressi soprattutto a causa di conflitti armati tanto da sviluppare gambe che consentano di correre e camminare, dal 2006 con il lancio di Revolutionizing Prosthetics, programma della Defence Advanced Research Projects Agency i ricercatori hanno compiuto enormi passi avanti anche nella creazione di sofisticati arti superiori. La sfida nella progettazione di arti superiori funzionanti risiede nella necessità di dover duplicare in qualche modo il controllo sensibile e preciso delle mani, necessario per compiere qualunque azione: dal bere, all’afferrare oggetti. Il cervello impiega delle mappe celebrali e per trasmettere i segnali nervosi a delle specifiche fibre muscolari dell’avambraccio e per ricevere i segnali generati da braccio e mano indicanti pressione, posizione, quantità di moto e forza in modo da generare un feedback sensoriale in grado di aiutare il cervello a determinare quante e quali fibre devono essere usate per compiere un determinato gesto. In un arto integro, input nervosi e movimenti motori interagiscono a formare il senso della propriocezione, ossia l’insieme delle funzioni deputate al controllo della posizione e del movimento del corpo, in assenza della quale gesti elementari, come prendere una penna e scrivere, risulterebbero quasi impossibili. Ad oggi la vera sfida risulta quella di creare un’interfaccia tra protesi e sistema nervoso in modo tale che l’arto artificiale sia collegato e controllato dai nervi motori originali che non muoiono dopo l’amputazione, ma si ritirano dal margine del moncone. Il collegamento può effettuarsi in due modalità principali: interagendo con il sistema nervoso centrale, ossia collegandosi direttamente con il cervello o con il midollo spinale, o con quello nervoso periferico sfruttando principalmente l’estensione nervosa tra midollo spinale e resto del corpo. Usando il cervello come punto di partenza, approcci meno invasivi captano l’attività neurale con elettrodi esterni collegati al cuoio capelluto o sulla superficie del cervello appena sotto il cranio. I segnali elettrici raccolti in questo modo dagli elettrodi sono successivamente elaborati da un computer per sviluppare il movimento desiderato. Sebbene questo sia un modo poco invasivo, in quanto permette di collegare gli elettrodi al sistema nervoso centrale senza praticare dei fori nel cervello, i segnali sono una scarsissima rappresentazione della volontà cerebrale rendendo improbabile la capacità di predizione dei movimenti che dovrebbero verificarsi.

artificial_intelligenceL’approccio invasivo, invece, comporta l’inserzione nel cervello di microelettodi – generalmente sonde di silicio ad alta densità aventi diametro minore di un capello – direttamente negli strati più esterni del cervello. Essendo un’interfaccia diretta, i dati campionati in questo modo sono assolutamente esaurienti e rilevano con assoluta precisione forza e frequenza delle scariche generate da ogni singola cellula nervosa. I dati sono poi tradotti in movimento mediante un programma appositamente ideato che permetta un controllo estremamente sensibile dell’arto artificiale. L’altro lato della medaglia risiede nel fatto che gli elettrodi sono riconosciuti dall’organismo come corpi estranei e soggetti quindi ad attacchi del sistema immunitario, che genera del tessuto cicatriziale attorno all’elettrodo stesso, azione che diminuisce in modo esponenziale il numero di cellule nervose monitorabili, oltre al fatto che i dati raccolti dagli elettrodi debbano essere comunque elaborati da computer potentissimi ed esterni all’organismo e ciò comporta che gli elettrodi debbano essere collegati a cavi fisicamente uscenti dal cervello.

Date le evidenti problematiche esistenti nella connessione con il sistema nervoso centrale -prescindendo dai risultati  ottenuti-  gli studi stanno deviando allo sfruttamento del sistema nervoso periferico sfruttando la sindrome dell’arto fantasma1ossia la percezione degli arti amputati dovuta all’attività dei nervi sensoriali del moncone che continuano a trasmettere informazioni come se l’arto non fosse realmente mancante. Analogamente, gli assoni del sistema nervoso periferico sono sempre in grado di dirigere i movimenti ed il cervello conserva la capacità di coordinare e abbinare tali segnali a differenti movimenti in modo da controllare un arto meccanico. Ma gli assoni periferici non si allungano se non hanno un bersaglio biologico da raggiungere ed in più il corpo reagisce male, come già visto, con impianti artificiali.

È stato sperimentato un modo ingegnoso di aggirare il problema utilizzando muscoli toracici come ponte vivente tra il moncone di un arto ed i circuiti elettronici di protesi. Questo processo di reinnervazione muscolare mirata, è attualmente in fase di studio per capire se può fornire un accurato controllo di tutti i movimenti di una mano e di un braccio artificiale anche se, a detta dei team di ricerca, una soluzione sarà probabilmente fornita da una combinazione delle diverse intuizioni e innovazioni tecnologiche.

1Istituto medico chirurgico sez. neuroscienze

Chiara D’Angelo