Addestramento virtuale, recupero da paralisi reale


    Diversi pazienti, da anni paralizzati agli arti inferiori, hanno riacquistato alcuni movimenti e sensazioni dopo aver imparato a controllare un esoscheletro robotico tramite il loro cervello.

     

    Una donna di 32 anni (paralizzata da 13) è stata in grado di muovere le gambe per conto suo mentre il suo corpo veniva sostenuto da un'imbracatura.Credit: Alberto Santos Dumont Association for Research Support (AASDAP) and Lente Viva Fimles, São Paulo, BrazilImmagine 1 - Una donna di 32 anni (paralizzata da 13) è stata in grado di muovere le gambe per conto suo mentre il suo corpo veniva sostenuto da un'imbracatura. Il miglioramento si è manifestato dopo che la donna ha imparato ad utilizzare un dispositivo controllato dal cervello. Credit: Alberto Santos Dumont Association for Research Support (AASDAP) and Lente Viva Fimles, São Paulo, Brazil

     

    I ricercatori hanno ottenuto risultati completamente inaspettati, i pazienti sono stati addestrati ad utilizzare le cosiddette interfacce cervello-macchina (tra cui l'esoscheletro robotico) in modo da riuscire un giorno ad utilizzare le macchine per tornare a camminare di nuovo.

     

    All’inizio il percorso per raggiungere tale obiettivo sarà probabilmente apparso lungo e complesso, tuttavia la formazione sembra aver causato dei benefici: a distanza di un anno i pazienti hanno avvertito miglioramenti nella capacità di percepire le sensazioni tattili al di sotto della regione del corpo interessata dalla lesione del midollo spinale e hanno riacquistato un minimo di controllo sui muscoli degli arti inferiori.

     

    Di fatto su otto pazienti dello studio, quattro hanno percepito alcuni cambiamenti significativi nel controllare i muscoli tanto da far aggiornare la diagnosi da "paralisi completa" (quando le persone non hanno alcun controllo sui muscoli al di sotto della lesione spinale) a "paralisi parziale" (quando le persone hanno qualche controllo sui muscoli interessati).

    Immagine - Nella foto viene mostrato uno screenshot di che cosa vede un paziente durante la fase di addestramento tramite avatar in ambiente di realtà virtuale.Immagine 2 - Nella foto viene mostrato uno screenshot di che cosa vede un paziente durante la fase di addestramento tramite avatar in ambiente di realtà virtuale. Credit: Image courtesy of AASDAP/ Lente Viva Filmes

    «Quando abbiamo iniziato il progetto era impossibile prevedere questi sorprendenti risultati clinici» scrive Miguel Nicolelis, neuroscienziato presso la Duke University che ha condotto lo studio del Walk Again Project a San Paolo, Brasile.

     

    Il paziente che ha ottenuto i miglioramenti maggiori è stata una donna di 32 anni che è stata paralizzata per 13 anni. All'inizio dello studio la donna non era in grado di stare in piedi nemmeno con l’aiuto dei tutori, alla fine dello studio era in grado di muovere le gambe autonomamente mentre il suo corpo veniva comunque sostenuto da un’apposita imbracatura.

     

    Questi risultati sono i primi a suggerire che l'uso delle interfacce cervello-macchina sul lungo termine potrebbe portare al parziale recupero neurologico anche in pazienti con paralisi completa, sostengono i ricercatori.


    https://youtu.be/RgtUZL6itZU

    Nel video è riassunta la storia del Walk Again Project e i risultati clinici conseguiti. Il protocollo Walk Again Neurorehabilitation (WA-NR), descritto nell’articolo pubblicato l’11 agosto 2016 sulla rivista Scientific Report,, comprende l’addestramento di 8 pazienti paraplegici (paraplegia completa) tramite le interfacce cervello-macchina insieme alla realtà virtuale e un sistema per la deambulazione robotizzata. Vengono illustrate le evidenze del parziale recupero sensoriale e motorio in tutti i pazienti dopo 12 mesi di formazione con il protocollo WA-NR.

    Gli strumenti dell'addestramento: un avatar, visore per la realtà virtuale, interfacce cervello-macchina, esoscheletro robotico

    Nello studio, i pazienti (rimasti paralizzati per un periodo compreso tra 5 e 13 anni) hanno imparato ad utilizzare le interfacce cervello-macchina (si tratta di sistemi che convertono i segnali cerebrali in comandi che permettono di attivare una protesi come un esoscheletro robotico). I pazienti hanno iniziato imparando a controllare un avatar in un ambiente di realtà virtuale. In seguito i pazienti sono stati spostati su apparecchiature più impegnative, inclusi dispositivi per camminare composti da un'imbracatura per sostenere il peso dei pazienti che permesso di sviluppato la forza muscolare e l’andatura corretta.

     

    Infine, dopo mesi di allenamento, i pazienti sono stati in grado di utilizzare l'esoscheletro robotico con l’ausilio della propria mente. Si tratta dello stesso esoscheletro utilizzato da un uomo paralizzato per calciare il primo pallone della Coppa del mondo di calcio 2014 in Brasile.

     

    I pazienti hanno indossato un dispositivo che forniva dei feedback all’avambraccio sotto forma di vibrazioni sincronizzate con i movimento stesso dei piedi robotici sul pavimento. Questo sistema è stato realizzato per far percepire al cervello dei pazienti la sensazione del camminare autonomamente, scrivono i ricercatori.

    I ricercatori sostengono che l’addestramento tramite l’interfaccia cervello-macchina insieme al sensore di feedback abbia aiutato il cervello dei pazienti a stabilire nuovamente un collegamento con i nervi del midollo spinale sopravvissuti al trauma. Studi precedenti hanno mostrato che i pazienti con paralisi completa possono ancora avere alcuni nervi spinali intatti, sostiene Nicolelis.

     

    «Nel corso del tempo, l’addestramento con l'interfaccia cervello-macchina potrebbe avere riattivato questi nervi» scrive Nicolelis. «Potrebbe trattarsi di un piccolo numero di fibre che restano integre, ciò potrebbe essere sufficiente per trasmettere segnali dalla corteccia motoria del cervello al midollo spinale» aggiunge Nicolelis.

     

    I ricercatori prevedono di continuare la valutazione dei pazienti che hanno preso parte allo studio e di avviare un nuovo studio con pazienti affetti da lesioni del midollo spinale da un periodo di tempo minore per vedere se questo secondo gruppo di pazienti sia in grado di rispondere più rapidamente all’addestramento.

     

    Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Scientific Reports.

    Riferimento:

    Ana R. C. Donati, Solaiman Shokur, Edgard Morya, Debora S. F. Campos, Renan C. Moioli, Claudia M. Gitti, Patricia B. Augusto, Sandra Tripodi, Cristhiane G. Pires, Gislaine A. Pereira, Fabricio L. Brasil, Simone Gallo, Anthony A. Lin, Angelo K. Takigami, Maria A. Aratanha, Sanjay Joshi, Hannes Bleuler, Gordon Cheng, Alan Rudolph, Miguel A. L. Nicolelis. Long-Term Training with a Brain-Machine Interface-Based Gait Protocol Induces Partial Neurological Recovery in Paraplegic Patients. Scientific Reports, 2016; 6: 30383 DOI:10.1038/srep30383



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