Simulador computarizado para dar sensación táctil a las prótesis en los amputados
La mano humana es una estructura altamente compleja desde el punto de vista anatómico y neurofisiológico, especialmente en su componente nervioso.
Las fibras aferentes que inervan los mecanorreceptores, tanto de la epidermis como de la dermis, son las responsables de la percepción táctil, de la temperatura y del dolor.
Algo de fisiología sensorial
La mano humana está dotada con miles de distintos tipos de mecanorreceptores distribuidos a través de toda la piel, y cada uno a su vez, se encuentra inervado por uno o más fibras nerviosas mielinizadas.
La piel de la mano cuenta con cuatro tipos diferentes de mecanorreceptores táctiles, que se diferencian entre sí por su grado de adaptación en respuesta a presiones mantenidas sobre la piel, su localización en la piel o músculo y el tamaño de sus campos receptores. Estas fibras que inervan a los mecanorreceptors son las encargadas de transmitir de manera detallada toda la información acerca del contacto que se realice, proporcionándonos de esta forma, una exquisita sensibilidad en la piel.
Los receptores también nos permite interiorizarnos sobre las propiedades de un objeto o sustancia,al brindarnos la información de la superficie de aquellos objetos que han sido captados a través del tacto, con una increíble riqueza de detalles.
Al realizar el proceso de la manipulación de objetos y la exploración táctil, por parte de la mano, la piel glabra de ésta se ve afectada a deformaciones mecánicas de índole espacio-temporales de grado muy complejo. Estas interacciones su vez, conducen a la elaboración de las respuestas, al viajar con gran precisión por los diferentes aferentes individuales.
Pero la sensación del tacto global es un proceso muy complejo, ya que viene dada por miles de fibras nerviosas que responden en un conjunto coordinado, dependiendo de la forma en que la mano toca, manipula y sostiene los objetos, por lo que la respuesta de las fibras nerviosas de manera individual no son suficientes para transmitir la información del estímulo de manera aislada o por sí misma. Más bien, la información acerca de los objetos tiene que ser entendida con respecto a su distribución sobre aquellos grandes grupos de nervios que son sensibles al tacto y que trabajan conjuntamente.
El modelo computacional
Neurocientíficos de la Universidad de Chicago han desarrollado un modelo computacional que permite la simulación de la respuesta de los nervios de la mano, válido para cualquier patrón de estimulación táctil que se produce a nivel de la piel.
Este estudio fue dirigido por los investigadores postdoctorales Hannes Saal y Benoit Delhaye, con Brandon Rayhaun, que se basa en años de investigaciones realizadas por el equipo de Bensmaia sobre cómo se percibe el tacto por parte del sistema nervioso y el cerebro.
Esta simulación logra la compleja reconstrucción de la respuesta de más de 12,500 fibras nerviosas con una precisión de unos pocos milisegundos, teniendo en cuenta la mecánica cutánea, ya que la piel realiza presión contra los objetos y también se mueve a través de ellos.
Este nuevo software permitirá a los científicos visualizar la forma como las fibras nerviosas responden al interactuar con los objetos. Este modelo permitirá a los científicos una mejor comprensión de cómo responde el nervio al tacto, pudiendo utilizarse para permitir que las manos biónicas transmitan sensaciones realistas a sus usuarios, en el caso de los amputados.
Sliman Bensmaia, Profesor asociado de Biología de Organismos y anatomía en la Universidad de Chicago e investigador principal del proyecto declaró. “Casi todo lo que sabemos sobre cómo responde el nervio a la estimulación de la piel de la mano está incorporado en este modelo” (…) “Por último, se puede ver cómo todas estas fibras nerviosas trabajan juntas para dar lugar al tacto.”
Los detalles del modelo fueron publicados esta semana en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
Aplicaciones futuras
Aparte de su importancia y utilidad para ampliar y comprender cómo funcionan este tipo de sensaciones táctiles, el modelo es también una base que podría permitir la restauración del sentido del tacto en las manos biónicas que utilizan los amputados.
Para obtener sensaciones realistas a través del tacto, los ingenieros neuronales tratan de reproducir de manera fidedigna los patrones naturales de la actividad nerviosa que se genera cuando realizamos la manipulación de los objetos, que luego puede ser recreada en una prótesis a través de la estimulación eléctrica del nervio puntual, a través de una interfaz que iría implantada en el cuerpo.
Concluyó Bensmaia. “Utilizando un modelo para reproducir un sistema biológico de manera precisa es un reto, y hemos estado trabajando en esta simulación por un tiempo muy largo. Pero el producto final, creo, vale la pena “(…) “Es una herramienta que va a aportar datos que antes eran inalcanzables.”
