Sapere Scienza

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Una mano bionica sempre più abile

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Pensate all'ultimo oggetto che avete afferrato con la vostra mano. Forse era il telefono cellulare, oppure un bicchiere d'acqua. In ogni caso, facendolo non vi avete di certo prestato molta attenzione, lasciando il compito di eseguire l'operazione senza intoppi all'esperienza accumulata in anni d'esercizio, e salvaguardata nel vostro sistema nervoso. Tuttavia la manovra eseguita è stata straordinariamente complessa. Avete guardato l'oggetto che intendevate afferrare, calcolando sull'istante la traiettoria ottimale per raggiungerlo con la vostra mano. Spostando l'arto verso l'obiettivo, avete usato una stima della dimensione dell'oggetto per predisporre l'apertura delle dita. Poi avete chiuso la mano, adattando la forza necessaria basandovi su un'approssimazione dell'attrito, peso e forma dell'oggetto, fondata sulla vostra esperienza. Inoltre, il vostro sistema nervoso ha calibrato dinamicamente ogni istruzione inviata alla mano in funzione delle risposte ritornate dai vari sensi. Per esempio, se l'oggetto era stato più pesante del previsto (forse non avevate potuto vedere che la tazza fosse piena), avete rapidamente aumentato la pressione delle dita per evitare che vi scivolasse di mano.

 

La sinfonia di attività neuronale necessaria all'esecuzione di questa azione è avvenuta in una frazione di secondo ed è stata in linea di massima una faccenda gestita inconsciamente. Ha richiesto un vasto e coordinato flusso d'impulsi motori e sensoriali da e verso il sistema nervoso centrale. Riuscire a predisporre l'apertura delle dita senza osservare la propria mano, per esempio, esige di poter determinare istintivamente la posizione delle dita nello spazio, un facoltà detta propriocezione.

 

Immaginate ora di eseguire la stessa operazione con un "arto robotico", sfida quotidiana delle persone amputate e portatrici di protesi. Con una delle protesi attualmente in commercio, non avreste né senso del tatto né alcun ritorno sensoriale. Dovreste focalizzare la vostra attenzione all'operazione in corso e osservare attentamente la protesi durante tutta l'azione. Questa è una delle ragioni per cui un grande numero delle persone amputate rinuncia all'utilizzo di protesi tecnologicamente avanzate, scegliendo invece soluzioni semplici e a buon mercato.

 

Nei lavori del translational neural engineering lab della Scuola Politecnica Federale di Losanna (EPFL), laboratorio diretto da Silvestro Micera, e in collaborazione con diversi centri di ricerca europei, abbiamo dimostrato recentemente la fattibilità di una nuova protesi "bionica" della mano, dispositivo in grado di fornire all'amputato informazioni sia tattili che propriocettive. Questo risultato è stato raggiunto tramite l'impianto di micro-elettrodi direttamente nel sistema nervoso del braccio del portatore. Benché le informazioni inviate al portatore della mano bionica rappresentino solo un piccolo sottoinsieme delle capacità sensoriali di una mano umana, si sono rivelate sufficienti per eseguire una serie di azioni altrimenti impossibili, come apprezzare la dimensione e la rigidità di un oggetto, oppure di predisporre l'apertura delle dita senza guardare la protesi.

 

Nel 2014 il senso del tatto è stato restituito agli amputati della mano. Ora si è aggiunto per la prima volta un secondo senso, quello della propriocezione. A ogni nuovo progresso, la "mano bionica" diventa sempre più abile e funzionale. Il fine ultimo di questi sforzi della ricerca scientifica è semplice: un giorno gli amputati della mano potranno afferrare un bicchiere d'acqua senza prestare al gesto più attenzione di quanto non lo facciano le altre persone.

Edoardo D'Anna

Edoardo D'Anna è un ingegnere biomedico EPFL-École polytechnique fédérale de Lausanne e ricercatore, specializzato in ingegneria neuronale. I suoi lavori sono stati pubblicati su Science Robotics e su Neuron. Attualmente è Senior Biomedical Engineer di Magic Leap, dove si occupa di integrare le possibilità di calcolo della realtà aumentata al settore della medicina.

copertina   luglio-agosto 2019

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