Controllare una mano bionica come una mano naturale? Con “Sensibilia” ora è possibile

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Sensibilia mano bionica Inail

fonte: Inail

Il progetto promosso dall’Inail e dall’Università Campus Bio-Medico di Roma, i cui risultati sono stati appena pubblicati sulla rivista scientifica Science Robotics, è stato presentato in un convegno scientifico (Roma, 21 febbraio 2019) che si è svolto all’Accademia nazionale dei Lincei, a 10 anni dall’avvio dei primi studi clinici in questo ambito. De Felice: “Ricerca di grande prospettiva che ha già raggiunto traguardi concreti”.

Prendere una bottiglietta d’acqua da un tavolino, percependone forma, dimensioni e consistenza. Impugnarla e lasciarla scivolare per versarne il giusto contenuto in un bicchiere. Quindi rimetterla a posto sul tavolo e lasciare la presa, senza danneggiarla o rischiare di farla cadere. Gesti quotidiani come questi, all’apparenza semplici e intuitivi, risultano impossibili da eseguire per chi ha perso una mano e la sensibilità tattile. Il progetto sperimentale “Sensibilia”, promosso dall’Inail e dall’Università Campus Bio-Medico di Roma, è nato proprio con l’obiettivo di restituire a questi pazienti sensazioni tattili e propriocettive simili a quelle di una mano naturale, attraverso il ricorso ad arti bionici con alte capacità di movimento indipendente delle dita e di restituzione dei feedback tattili, grazie a elettrodi neurali.

Dalle origini della sperimentazione alle attuali sfide tecnologiche. Il progetto, i cui risultati sono stati appena pubblicati sulla rivista scientifica Science Robotics, è stato presentato ieri a Roma nella prestigiosa cornice di Palazzo Corsini, sede dell’Accademia nazionale dei Lincei, nel corso di un convegno scientifico dedicato agli studi clinici più recenti in questo ambito, avviati per la prima volta al mondo 10 anni fa proprio al Campus Bio-Medico di Roma, punto di partenza di un percorso che ha segnato le tappe fondamentali dello sviluppo delle protesi bioniche e del controllo sensori-motorio degli arti artificiali, aprendo nuovi scenari sempre più ambiziosi. Articolato in tre sessioni – dedicate rispettivamente alle origini della ricerca sulla biorobotica e la bionica nel nostro Paese, alle attuali sfide scientifiche e tecnologiche e alla sperimentazione di impianti permanenti della mano bionica – il convegno ha coinvolto autorevoli rappresentanti di alcune delle principali istituzioni impegnate in questo campo: oltre all’Inail e al Campus Bio-Medico, la Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Epfl), l’Università Cattolica del Sacro Cuore di Roma e la Fondazione Gemelli Irccs.

Un approccio trans-disciplinare per integrare conoscenze di base e dispositivi avanzati. Il convegno si inserisce in un momento storico in cui le tecnologie biomediche in generale, e le tecnologie robotiche e bioniche in particolare, stanno conoscendo un significativo sviluppo, che sta portando alla definizione di nuovi scenari in cui il medico avrà sempre più a sua disposizione strumenti di cura basati su tali conoscenze e tecnologie. In riferimento ai soggetti amputati, ciò presuppone un inquadramento multidisciplinare del tema della protesica, con un forte background neuroscientifico e bioingegneristico e una conoscenza diretta dell’impatto sulla persona, attraverso un approccio che, come sottolineato anche dal presidente dell’Inail, Massimo De Felice, nel suo saluto introduttivo, deve essere necessariamente “trans-disciplinare o anti-disciplinare”. La traslazione sulla persona della ricerca nel campo della biorobotica e della bionica nasce, infatti, dall’intuizione di mettere nella stessa equipe bioingegneri, neurofisiologi, chirurghi, fisiatri, neuropsicologi, filosofi della scienza, bioetici e altre competenze, con il compito di integrare in maniera sinergica conoscenze di base e tecnologie avanzate.

De Felice: “Importante il coinvolgimento attivo dei pazienti”. “Per noi – ha spiegato De Felice – è molto significativo essere coinvolti in questo tipo di attività di ricerca, che prosegue ed esalta l’itinerario avviato dal Centro Protesi Inail di Vigorso di Budrio negli anni Sessanta. Questa iniziativa è importante perché ci mostra grandi prospettive per il futuro, ma allo stesso tempo presenta i traguardi concreti che sono già stati raggiunti. Grazie alla collaborazione tra l’Istituto e altri centri di eccellenza, in questi ultimi anni si è creato uno strettissimo legame tra la ricerca pura e la sperimentazione diretta sui pazienti, che sono coinvolti attivamente nella progettazione e realizzazione dei dispositivi sviluppati”.

Dopo l’impianto degli elettrodi un addestramento di 11 settimane. Per la sperimentazione condotta dal progetto “Sensibilia”, in particolare, è stato fondamentale il ruolo di Clara Puleo, 40enne di Palermo che nel 1987, quando era ancora una bambina, ha perso la mano sinistra in seguito a un grave incidente domestico. Dopo essere stata sottoposta a un intervento chirurgico per l’inserimento nel braccio sinistro di elettrodi intraneurali e perineurali, interfacce sottilissime in grado di trasmette al cervello le sensazioni tattili e di movimento dell’arto bionico, la donna è stata impegnata in un periodo di addestramento di 11 settimane. Nella prima fase ha imparato di nuovo a produrre nel proprio cervello il movimento dell’arto perduto, stimolando aree corticali inattive da molto tempo. In seguito ha affinato le proprie capacità di ricezione delle sensazioni tattili, riuscendo a percepirle in ben 13 differenti zone della mano artificiale, sia anteriormente che posteriormente.

Raggiunto un livello di controllo della protesi senza precedenti. Assistita dai ricercatori del Campus Bio-Medico e del Centro Protesi Inail, Clara Puleo si è poi esercitata con la mano artificiale per ripristinare le proprie capacità di manipolazione fine degli oggetti, raggiungendo un livello di destrezza che non era mai stato ottenuto nelle sperimentazioni precedenti. Al punto da essere in grado, bendata e con musica al massimo volume nelle orecchie, di riconoscere e padroneggiare le consistenze e le posizioni degli oggetti afferrati con la mano bionica, fino a riuscire ad avvertire la sensazione del loro scivolamento sul palmo e sulle dita artificiali, con un ritardo simile a quello del controllo sensori-motorio biologico, così da essere in grado di correggere in tempo reale eventuali prese maldestre.

Zollo: “Aperti nuovi scenari per tanti pazienti del Centro Protesi Inail”. “L’obiettivo che ci siamo posti per questa sperimentazione – ha sottolineato Loredana Zollo, professore associato di Bioingegneria e responsabile ingegneristica del progetto – è stato quello di sviluppare e rendere fruibile in 36 mesi un sistema protesico che avesse una capacità di controllo sensori-motorio basato sulla comunicazione bidirezionale con il sistema nervoso e la sensibilità tattile, tale da consentire il ri-apprendimento delle abilità manuali fini e la manipolazione degli oggetti, e la possibilità di restituire il senso del tatto al paziente attraverso le interfacce neurali impiantate nei suoi nervi. Il risultato finale ci sembra positivo e schiude nuovi scenari nelle prospettive di impianto di arti bionici, probabilmente anche attraverso nuove tecnologie non invasive, per tanti pazienti del Centro Protesi Inail”.

Sacchetti: “La novità più importante è lo sviluppo di tre sottosistemi paralleli”. “Per raggiungere gli obiettivi del progetto Sensibilia – ha aggiunto Rinaldo Sacchetti, direttore tecnico e ricerca del Centro Protesi Inail – sono stati approfonditi gli avanzamenti scientifici, tecnologici e clinici sui sistemi protesici per l’arto superiore, concentrandosi sullo sviluppo di soluzioni di interfacciamento e controllo avanzate, per rendere questi sistemi più accessibili e migliorare le loro prestazioni nelle attività quotidiane. La più importante novità del nuovo studio sta nell’essere riusciti a sviluppare tre sottosistemi paralleli di controllo della mano protesica, di sensorizzazione tattile e di interfacciamento verso il sistema nervoso periferico, consentendo così di ottenere una maggiore destrezza nell’utilizzo della protesi.  Dal punto di vista tecnologico, è stata necessaria un’intensa attività di miniaturizzazione dei componenti protesici e di sviluppo di algoritmi in grado di decodificare il segnale elettromiografico espresso dalla nostra paziente, traducendolo in feedback e movimento”.

Carrozza: “L’Italia avamposto della ricerca in campo biomedicale”. “Il messaggio che lanciamo oggi – ha detto Maria Chiara Carrozza, presidente della Società nazionale di Bioingegneria, nell’intervento di chiusura dei lavori – è che le istituzioni – e quindi il servizio sanitario nazionale, il sistema delle assicurazioni, con l’Inail e anche le assicurazioni per gli infortunati civili – si devono attrezzare per dare il meglio ai nostri pazienti e mettere a disposizione di tutti i risultati ottenuti attraverso la ricerca in campo biomedicale”. Rivolgendosi poi direttamente alla ministra della Salute, Giulia Grillo, Carrozza ha sottolineato che “la comunità scientifica della bioingegneria, della neuroingegneria e in generale della bioingegneria della riabilitazione raccoglie ormai migliaia di persone e rappresenta una forza dell’Italia. Il nostro Paese, infatti, è uno degli avamposti di queste tecnologie. Per sviluppare in pieno queste potenzialità, però, servono risorse e infrastrutture”.

Grillo: “La grande sfida è rendere fruibili questi strumenti a tutti i cittadini”. “La grande sfida di ogni governo è proprio quella di riuscire a rendere fruibili questi strumenti da parte di tutti i cittadini”, ha replicato la ministra, che ha assicurato il proprio impegno “per il sostegno alla ricerca e per la pianificazione di una sanità che possa accogliere queste grandi sfide scientifiche e tecnologiche, che ormai fanno parte del nostro presente”. Per Grillo, il messaggio più importante emerso dal convegno all’Accademia nazionale dei Lincei è che “l’unione tra pazienti, ricercatori e istituzioni fa la forza”. Questa giornata, ha aggiunto, “è un momento straordinario per il nostro Paese e per la scienza in generale, non solo per l’applicazione immediata delle nuove scoperte ma anche per le frontiere ancora inesplorate che prefigurano, che ci potranno portare a risultati finora impensabili”.

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