High Herr e Cameron Taylor, sono due degli autori principali dello studio pubblicato il 18 agosto 2021 su Science Robotics, intitolato “Magnetomicrometry”. L’idea che ha plasmato la strada percorsa dai ricercatori, è relativamente semplice: inserire piccole sfere magnetiche all’interno del tessuto muscolare di un arto amputato, misurare quanto e come si contrae il suddetto muscolo, trasmettere questo feedback alla protesi, così che questa possa “comportarsi il più naturalmente possibile” – il tutto, in qualche millisecondo. 

Ad oggi, la maggior parte di questi arti protesici vengono controllati mediante degli elettrodi posizionati sulla superficie cutanea o impiantati chirurgicamente nel muscolo: in ogni caso questo approccio, chiamato elettromiografia o EMG, fornisce informazioni legate esclusivamente all’attività elettrica nel muscolo. 

Quando usi il controllo basato sull’EMG, stai guardando un segnale intermedio. Stai vedendo cosa il cervello sta dicendo al muscolo di fare, ma non cosa effettivamente sta facendo

sottolinea Cameron Taylor, postdoc al Massachusetts Institute of Technology.

Da ciò, l’idea di inserire nei muscoli coppie di magneti per ricavare fondamentali informazioni, elaborate in base alle contrazioni registrate, alla loro velocità, alla mutata posizione di una sfera rispetto alla seconda della coppia. Tutte queste misurazioni, registrate da sensori esterni – collocati in prossimità dei magneti, anche sui vestiti – potrebbero essere inserite in un modello computerizzato e matematico dell’intera articolazione, capace di prevedere il movimento dell’arto fantasma nel paziente, nel tempo e nello spazio. 

Uno dei principali ostacoli all’utilizzo della magnetomicrometria negli scorsi anni, era il “lungo” lasso di tempo che intercorreva per queste misurazioni, impattando di conseguenza sul movimento – e sulla velocità di reazione – della protesi. Questa problematica è stata risolta grazie ad Herr e Taylor, i quali hanno sviluppato un algoritmo che ha notevolmente ridotto la quantità di tempo necessaria ai sensori per determinare in tempo reale la posizione dei piccoli magneti. 

La ricerca è stata finanziata dal MIT Media Lab, dalla Salah Foundation, dal National Institutes of Health e dalla National Science Foundation. Questo nuovo approccio è stato testato sugli animali, dimostrandone la rapidità ed accuratezza di misurazione, l’elevata qualità del segnale, la minima invasività dell’approccio.

Nei prossimi anni, il team di lavoro spera di poter applicare sperimentalmente la magnetomicrometria ad alcuni pazienti che presentano amputazioni sotto al ginocchio. 

L'articolo Algoritmi e magneti insieme per gli arti protesici del futuro proviene da Osservatorio C Quadra.

I ricercatori guidati da Diego Ghezzi, detentore della Medtronic Chair in Neuroengineering presso la School of Engineering di EPFL, lavorano al progetto sin dal 2015. I risultati recenti dello studio sono apparsi in un articolo pubblicato su Communication Materials.

L’impianto retinico progettato dal gruppo di ingegneri dell’istituto svizzero funziona con l’ausilio di occhiali intelligenti dotati di fotocamera e micromputer.  L’accessorio smart, comunicando con gli elettrodi del dispositivo, fa percepire immagini semplificate in bianco e nero composte da punti luminosi.

“Il nostro sistema è progettato per fornire ai non vedenti una forma di visione artificiale utilizzando elettrodi per stimolare le loro cellule retiniche”

Diego Ghezzi, Assistant Professor

La fotocamera degli occhiali cattura le immagini all’interno del campo visivo e le trasmette al microcomputer in essi integrato. Tale processore viene impiegato per inviare informazioni agli elettrodi della protesi retinica in forma, appunto, di segnali luminosi.

La stimolazione della retina da parte dei 10.500 elettrodi di cui è dotata la protesi genera la percezione di questi punti luce che, come fossero costellazioni, permettono la visione semplificata di forme e oggetti. Il sistema non è ancora stato testato sugli esseri umani, ma messo alla prova con simulatori di realtà virtuale, ha dato esiti incoraggianti.

Per determinare il numero di elettrodi ottimale alla percezione delle immagini, i ricercatori hanno preso in considerazione gli stessi parametri impiegati nel rilevamento della vista: il campo visivo e la risoluzione. Il team ha inoltre accertato attraverso test elettrofisiologici che ogni singolo elettrodo andasse a stimolare una parte diversa di retina.

Le simulazioni con la realtà virtuale hanno dimostrato che l’eventuale aumento di punti luce non apporterebbe migliorie alla definizione delle immagini. Sono stati inoltre messi in atto test a risoluzione costante, ma con angoli di campo differenti. Le relative sperimentazioni hanno attestato a 35 gradi il punto di saturazione.

Il risultato favorevole degli studi e dei test virtuali svolti dal team di EPFL alimenta la speranza che si possa presto arrivare alla realizzazione di tecnologie in grado di rivoluzionare la vita dei non vedenti. Le sperimentazioni cliniche sono però lontane: è ancora presto per prevedere impianti sui pazienti.

Per approfondire:

N.A.L. Chenais, M.J.I. Airaghi Leccardi, D. Ghezzi (2021), Photovoltaic retinal prosthesis restores high-resolution responses to single-pixel stimulation in blind retinas, Communication Materials (2021), 2, https://doi.org/10.1038/s43246-021-00133-2

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