La startup Phantom Neuro está construyendo un implante que se coloca debajo de la piel y promete brindar a los amputados un control más preciso de las prótesis electrónicas.
Alex Smith fueTenía 11 años cuando perdió su brazo derecho en 2003. Un conductor ebrio que conducía un barco chocó con el barco de su familia en el lago Austin, arrojándolo por la borda. Chocó contra una hélice y su brazo quedó amputado en el agua.
Un año después, recibió un brazo mioeléctrico , un tipo de prótesis que funciona con las señales eléctricas de los músculos de su miembro residual. Pero Smith apenas lo usó porque era “muy, muy lento” y tenía un rango de movimientos limitado. Podía abrir y cerrar la mano, pero no hacer mucho más. Probó otros brazos robóticos a lo largo de los años, pero tenían problemas similares.
“No son súper funcionales”, afirma. “Hay una demora enorme entre la ejecución de una función y el momento en que la prótesis la realiza. En mi vida cotidiana, me resultó más rápido encontrar otras formas de hacer las cosas”.
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Recientemente, ha estado probando un nuevo sistema de la empresa emergente Phantom Neuro, con sede en Austin, que tiene el potencial de proporcionar un control más realista de las prótesis . La empresa está construyendo un implante muscular delgado y flexible que permite a los amputados un rango de movimiento más amplio y natural con solo pensar en los gestos que quieren hacer.
“No mucha gente usa extremidades robóticas, y eso se debe en gran medida a lo horrible que es el sistema de control”, dice Connor Glass, director ejecutivo y fundador de Phantom Neuro.
En datos compartidos en exclusiva con WIRED, 10 participantes en un estudio realizado por Phantom utilizaron una versión portátil de los sensores de la empresa para controlar un brazo robótico que ya se encuentra en el mercado, logrando una precisión promedio del 93,8 por ciento en 11 gestos de mano y muñeca. Smith fue uno de los participantes, mientras que los otros nueve eran voluntarios sin discapacidades, lo que es común en los primeros estudios de prótesis. El éxito de este estudio allana el camino para probar los sensores implantables de Phantom en el futuro.
Las prótesis mioeléctricas actuales, como las que ha probado Smith, leen impulsos eléctricos de electrodos de superficie que se colocan en el muñón amputado. La mayoría de las prótesis robóticas tienen dos electrodos o canales de registro. Cuando una persona flexiona la mano, los músculos del brazo se contraen. Esas contracciones musculares todavía ocurren en una persona con amputación de una extremidad superior cuando la flexiona. Los electrodos captan señales eléctricas de esas contracciones, las interpretan e inician movimientos en la prótesis. Pero los electrodos de superficie no siempre capturan señales estables porque pueden deslizarse y moverse, lo que disminuye su precisión en un entorno del mundo real.
Los dispositivos existentes también tienen un rango limitado de gestos y, para controlarlos, los usuarios de prótesis deben realizar movimientos que, por lo general, no se correlacionan con el gesto que desean realizar. Por ejemplo, es posible que tengan que flexionar la muñeca hacia abajo para realizar un movimiento de pinza. La prótesis actual de Alex tiene la capacidad de realizar alrededor de 20 gestos, pero solo puede programar cuatro de ellos en el dispositivo a la vez. Tiene que alternar entre esas diferentes funciones de la mano de forma secuencial, lo que significa pasar del gesto A al gesto B y así sucesivamente. En otras palabras, no puede saltar del gesto A al gesto D.
En una encuesta realizada en 2020 a personas con amputaciones de miembros superiores , el 20,7 % utilizaba prótesis mioeléctricas, mientras que el 74,4 % utilizaba prótesis accionadas por el cuerpo (dispositivos con ganchos que se pueden abrir y cerrar, accionados por el movimiento del cuerpo y un sistema de poleas). No hubo diferencias en la satisfacción del usuario entre los tipos de prótesis y, de los que informaron que utilizaban prótesis mioeléctricas, el 44 % las abandonó por completo.
El objetivo de Phantom es interactuar directamente con los músculos para ofrecer a los usuarios un control más natural, pero la empresa tuvo que probar una versión portátil de su sensor muscular antes de poder implantar el dispositivo en voluntarios. Aunque la versión portátil funcionó bien, Glass dice que no es ideal para el uso diario. Al igual que las prótesis existentes, puede resbalarse y moverse, lo que afecta a su precisión. Debido a esto, los wearables deben recalibrarse con frecuencia. Dice que un implante será más confiable y puede lograr una precisión aún mayor, ya que no tendrá que leer señales eléctricas a través de la piel. Glass prevé que la versión implantable se insertará a través de una pequeña incisión y se introducirá debajo de la piel.
“Recogemos la actividad eléctrica directamente de la superficie del músculo”, explica. La intención del movimiento se origina en el cerebro, que envía impulsos eléctricos a través de los nervios periféricos para indicarle al músculo que se contraiga. En los amputados, esas vías neuronales siguen intactas.
Para el estudio con dispositivos portátiles, Smith y los demás participantes del estudio tuvieron una sesión de capacitación de una hora para familiarizarse con la tecnología y regresaron un segundo día para realizar la prueba. Después de un proceso de calibración de algoritmos de 10 minutos el día de la prueba, se les pidió a los participantes que hicieran 11 gestos (entre ellos, abrir la mano, cerrar el puño, pellizcar, levantar el pulgar, señalar con el índice, hacer clic con el índice, girar la muñeca hacia dentro y girar la muñeca hacia fuera) varias veces cada uno mientras el software de Phantom aprendía y decodificaba sus señales musculares en esos movimientos reales. Para los participantes sin discapacidades, significó que un brazo robótico estaba imitando sus gestos. Para Smith, la prótesis hizo los movimientos que él simplemente estaba pensando en hacer. «Fue la experiencia más genial», dice.
Los participantes llevaban dos sensores finos, cada uno con 16 electrodos. La precisión de decodificación de gestos oscilaba entre el 84,8 y el 98,4 por ciento en los participantes, con una latencia (el tiempo que transcurre desde la detección de la señal hasta la ejecución del gesto) de menos de 200 milisegundos. La latencia humana natural, el retraso entre la llegada de las señales neuronales al músculo y la ejecución efectiva del movimiento por parte del músculo, es de aproximadamente 100 milisegundos.
“La rapidez con la que se logran esas clasificaciones es enorme”, afirma Paul Marasco, neurocientífico de la Clínica Cleveland, que estudia el tacto y el movimiento naturales de las prótesis y que no está involucrado en Phantom. “Cuanto más rápido se pueda hacer eso, mejor y más perfecto puede ser el sistema”.
Algunas empresas están desarrollando implantes cerebrales que permitirían a las personas paralizadas controlar miembros protésicos con sus pensamientos. Esos sistemas, conocidos como interfaces cerebro-computadora , leen y decodifican señales en el cerebro para permitir que la prótesis realice el movimiento deseado. La startup de Elon Musk, Neuralink, anunció el mes pasado que está lanzando un estudio para probar si su implante cerebral puede permitir a los participantes controlar directamente un brazo robótico.
Geoffrey Ling, asesor técnico de Phantom y director fundador de la Oficina de Tecnologías Biológicas de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de Estados Unidos, afirma que los implantes cerebrales conllevan más riesgos y deben ser muy duraderos para que los pacientes no tengan que someterse a múltiples cirugías cerebrales. «Los nervios periféricos son un enfoque muy atractivo porque es mínimamente invasivo», afirma. Phantom cree que su implante podría insertarse durante un procedimiento ambulatorio sin necesidad de un cirujano especializado.
Phantom planea iniciar un ensayo clínico para su versión implantada, en el que participarán personas con amputaciones de miembros superiores, en 2025. Smith espera participar en ese estudio. Si la tecnología Phantom llega al mercado, podría ayudar a personas con amputaciones como él a realizar tareas cotidianas con mayor facilidad. «Creo que esto va a ser un cambio radical».