"Quando tocco il moncone, sento un formicolio nella mia mano mancante, la mia mano fantasma. Ma sentire un cambiamento di temperatura è un’altra cosa, qualcosa di importante... meraviglioso", dice Francesca Rossi.
Francesca Rossi è un’amputata di Bologna, Italia. Recentemente ha partecipato a uno studio per testare gli effetti del feedback sensoriale termico attraverso la pelle del suo braccio residuo. È stata una delle 17 persone a sperimentare un cambiamento di temperatura nella sua mano fantasma, grazie a una nuova tecnologia dell’EPFL. Ma soprattutto, dice di sentirsi di nuovo in contatto con l’arto mancante.
"Il feedback termico sensoriale è una bella sensazione, perché si sente completamente l’arto fantasma. Non lo senti più come un fantasma, è di nuovo lì", continua la dottoressa.
I ricercatori Silvestro Micera e Solaiman Shokur vogliono incorporare un nuovo feedback sensoriale nelle protesi per fornire agli amputati un senso del tatto più realistico. Il loro ultimo studio riguarda la temperatura. Inaspettatamente, la loro scoperta sul feedback della temperatura ha superato le loro aspettative.
Se si mette qualcosa di caldo o di freddo sull’avambraccio di una persona non amputata, questa sentirà l’effetto localmente, direttamente nel punto di applicazione. Ma nelle persone amputate, la sensazione di temperatura sul braccio rimanente può essere avvertita... nella mano fantasma.
Il feedback sensoriale termico viene fornito in modo non invasivo, con elettrodi termici (o "termodi") posizionati sulla pelle del braccio residuo. In questo modo le persone amputate, come Francesca Rossi, riferiscono di sentire la temperatura dell’arto fantasma. Possono sentire il caldo o il freddo di un oggetto e riferire se stanno toccando rame, plastica o vetro. Frutto della collaborazione tra l’EPFL, la Scuola Superiore Sant’Anna e il Centro Protesi Inail, la tecnologia è stata testata con successo su 17 pazienti, su un totale di 27 persone. I risultati sono pubblicati su Science.
"L’aspetto particolarmente importante è che i pazienti percepiscono le sensazioni termiche fantasma allo stesso modo della loro mano intatta", spiega Solaiman Shokur, docente senior e co-direttore dello studio.
Questa proiezione di sensazioni termiche nell’arto fantasma ha aperto la strada allo sviluppo di una nuova tecnologia bionica. Essa equipaggia le protesi con un feedback termico sensoriale non invasivo, che consente alle persone amputate di riconoscere gli oggetti che toccano.
"Il feedback sensoriale termico è essenziale per trasmettere informazioni che vanno oltre il tatto. Apre la strada a un sentimento di affetto. Siamo esseri sociali, per i quali il calore gioca un ruolo importante", spiega Silvestro Micera, Cattedra Bertarelli di Neuroingegneria Traslazionale, professore all’EPFL e alla Scuola Sant’Anna e co-direttore dello studio. "Per la prima volta, dopo molti anni di ricerca nel mio laboratorio, in cui abbiamo dimostrato di poter fornire informazioni sul tatto e sulla posizione, possiamo pensare di ripristinare l’intera gamma di sensazioni fini che possono emanare da una mano".
Qualche anno fa, Silvestro Micera e Solaiman Shokur hanno sentito parlare di un sistema che forniva un feedback sensoriale termico attraverso la pelle di soggetti sani, anch’esso sviluppato all’EPFL dallo spin-off Metaphysiks.
"Questa innovazione dimostra il potere delle tecnologie aptiche di migliorare alcune condizioni mediche o la vita delle persone con disabilità", afferma Simon Gallo, fondatore e chief technology officer di Metaphysiks.
Il team di neuroingegneria dell’EPFL ha preso in prestito MetaTouch, che fornisce un feedback termico sensoriale direttamente sulla pelle dell’utente. Con questo dispositivo, gli scienziati hanno scoperto sensazioni termiche fantasma, che hanno poi testato su 27 amputati.
Il prototipo MiniTouch e i suoi test
Per questo studio, Solaiman Shokur e Silvestro Micera hanno progettato il MiniTouch: un sistema di feedback sensoriale termico specificamente progettato per essere integrato in dispositivi indossabili, come le protesi. Il MiniTouch consiste in un sensore sottile e indossabile che può essere posizionato sul dito di una mano protesica. Rileva le informazioni sensoriali dell’oggetto che viene toccato, in particolare la conduttività termica dell’oggetto. Se l’oggetto è metallico, condurrà più calore o freddo rispetto alla plastica, ad esempio. Un termodo, a contatto con la pelle dell’amputato sul braccio residuo, trasmette il profilo di temperatura dell’oggetto toccato dal sensore mentre si riscalda o si raffredda.
"Quando abbiamo parlato della possibilità di riacquistare le sensazioni termiche sull’arto fantasma, o della possibilità di sentire il contatto di vari materiali, abbiamo ricevuto molti commenti positivi. Alla fine siamo riusciti a reclutare più di 25 volontari in meno di due anni", spiega Frederico Morosato, responsabile dell’organizzazione degli aspetti clinici dello studio presso il Centro Protesi Inail.
Gli scienziati hanno scoperto che piccole aree di pelle sul braccio residuo proiettano sensazioni a parti specifiche della mano fantasma, come il pollice o la punta dell’indice. Come previsto, la corrispondenza delle sensazioni termiche dal braccio residuo all’intero arto fantasma è specifica per ogni paziente.
Protesi bioniche per riparare il corpo umano Quasi dieci anni fa, Silvestro Micera e i suoi colleghi integravano un feedback sensoriale in tempo reale dagli oggetti afferrati. Gli scienziati hanno continuato a migliorare la risoluzione del tatto, fornendo in modo affidabile un feedback sulla consistenza o sulla posizione dell’oggetto. Ma soprattutto, hanno scoperto che le persone amputate iniziano a incarnare la loro mano protesica se ricevono un feedback sensoriale direttamente dal loro sistema nervoso intatto. Aggiungendo la sensazione termica, sono un passo avanti nella progettazione di protesi bioniche per riparare il corpo umano. Il prossimo passo sarà mettere a punto le sensazioni termiche e integrarle in un dispositivo adattabile a ogni paziente.
Riferimenti
http://www.science.org/doi/10.1126/science.adf6121
