Por Canuto  

Investigadores del MIT probaron en tres personas con amputaciones por debajo de la rodilla un sistema que rastrea músculos mediante pequeñas cuentas magnéticas implantadas. La técnica midió la dinámica muscular con más precisión y estabilidad que las señales de electrodos en una tarea de control virtual, aunque todavía falta evaluar su desempeño con prótesis robóticas reales.
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  • El estudio comparó la magnetomicrometría con electrodos implantados y electrodos sobre la piel en tres participantes.
  • Las cuentas, de 3 milímetros, permiten calcular cambios en la longitud y velocidad muscular mediante sensores externos.
  • Los participantes controlaron un cursor, no una prótesis real; el equipo prepara una evaluación más amplia.

Un método magnético mínimamente invasivo busca medir con más precisión la dinámica muscular que las señales eléctricas convencionales y, a futuro, ayudar a controlar extremidades protésicas.

Una señal distinta para controlar prótesis

Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ensayaron una técnica que utiliza pequeñas cuentas magnéticas implantadas en los músculos para seguir sus movimientos. El equipo comparó esas mediciones con las obtenidas mediante electrodos implantados y electrodos sobre la piel en tres personas con amputaciones por debajo de la rodilla, y encontró que el método magnético podría ofrecer un control más preciso y estable en una tarea experimental.

La meta de estas investigaciones es que una prótesis responda de forma más natural a la intención de quien la utiliza. Para guiar una extremidad robótica, un sistema necesita información sobre cómo cambia el músculo, incluida su longitud y velocidad, además de su activación; esas variables pueden alimentar algoritmos que determinan el movimiento de una articulación.

Durante décadas, los equipos de investigación han utilizado señales eléctricas musculares para desarrollar extremidades neuroprotésicas. En el enfoque habitual, conocido como electromiografía, los electrodos detectan la actividad eléctrica y un controlador la transforma en comandos para una prótesis, pero esa señal no representa directamente la posición de la articulación, el par o la impedancia que el dispositivo debe regular.

Hugh Herr, profesor de artes y ciencias de los medios del MIT y codirector del Centro K. Lisa Yang de Biónica, señaló que medir la activación eléctrica no basta para determinar esas señales mecánicas. También explicó que la electromiografía puede perder precisión cuando el músculo permanece a una longitud fija, cuando los electrodos captan actividad de músculos vecinos o cuando el sudor interfiere con la lectura.

Cómo funcionan las cuentas magnéticas

El método se llama magnetomicrometría y parte de una idea diferente: en lugar de inferir el movimiento muscular solo a partir de señales eléctricas, rastrea la distancia entre imanes implantados. Cuando el músculo se contrae o se estira, cambia la separación entre las cuentas; sensores externos colocados sobre la piel registran esa variación y permiten estimar la longitud y la velocidad del músculo.

Las cuentas tienen 3 milímetros de diámetro, aproximadamente el tamaño de una semilla de sésamo, y están fabricadas con una aleación de neodimio, hierro y boro. Los investigadores las recubrieron con oro y parileno C para hacerlas biocompatibles, mientras que un sensor externo personalizado detecta las señales magnéticas a una profundidad de hasta 6 centímetros desde la piel.

Christopher Shallal, estudiante de posgrado del Programa Harvard-MIT en Ciencias y Tecnologías de la Salud y uno de los autores principales, describió la interfaz como mínimamente invasiva. Según explicó, colocar dos cuentas en un músculo permite acceder a información sobre su dinámica sin recurrir a un procedimiento tan invasivo como otras alternativas implantables.

El laboratorio de Herr también había desarrollado una prótesis de rodilla que utiliza electrodos implantados para medir señales musculares; un pequeño estudio clínico mostró resultados prometedores para ese enfoque. La magnetomicrometría plantea una vía paralela y menos invasiva, porque rastrea el movimiento de forma inalámbrica a través del cuerpo y no depende únicamente de la activación eléctrica que captan los electrodos.

Qué probó el estudio en personas

El nuevo estudio, publicado en la revista Nature Sensors, amplía a seres humanos una técnica que el equipo había demostrado en modelos animales en 2021. Participaron tres personas con amputaciones por debajo de la rodilla y con una interfaz microneural agonista-antagonista, un procedimiento quirúrgico que reconecta pares de músculos para que sigan comunicándose dinámicamente dentro del miembro residual.

Ese tipo de reconexión conserva información sensorial llamada propiocepción, que ayuda a la persona a percibir cómo posiciona y mueve la extremidad. Los participantes tenían imanes implantados en hasta cuatro músculos del tobillo, y las cirugías se realizaron en el Brigham and Women’s Hospital con la colaboración del cirujano plástico Matthew Carty, coautor del estudio.

Los investigadores colocaron electrodos implantados en los mismos músculos que recibieron las cuentas magnéticas, con el fin de comparar tres fuentes de información: magnetomicrometría, electromiografía con electrodos implantados y electromiografía con electrodos superficiales. Esa comparación permitió evaluar las mediciones magnéticas frente a métodos que ya se utilizan para captar la actividad muscular, en vez de analizarlas de manera aislada.

Durante las pruebas, los participantes no utilizaron una prótesis física. En su lugar, realizaron tareas de control con movimientos musculares, como dirigir un cursor en una pantalla hacia un objetivo; las señales de cada método movían ese cursor, que representaba los grados de libertad que tendría una prótesis robótica de tobillo y pie.

Resultados iniciales y próximos pasos

Shallal explicó que la tarea virtual permitió comparar el desempeño de las distintas interfaces neurales y que los resultados apuntan a un control más preciso y estable con el método magnético. La prueba, sin embargo, no demuestra todavía que los imanes mejoren el uso cotidiano de una prótesis: los participantes movieron un cursor, no una extremidad robótica de tobillo y pie.

La diferencia importa porque controlar un cursor es una etapa experimental, mientras que caminar o manipular objetos exige que el sistema traduzca las señales musculares en movimientos seguros y coordinados. En el caso de una pierna neuroprotésica, las mediciones deben ayudar al controlador a ajustar la posición y el comportamiento de la articulación durante actividades que requieren respuestas mecánicas confiables.

La electromiografía superficial tiene obstáculos conocidos en este contexto: la señal eléctrica no equivale perfectamente a la dinámica del músculo, puede desvanecerse cuando este mantiene una longitud constante y puede confundirse con la actividad de músculos cercanos. El sudor también puede afectar la detección, por lo que el equipo considera que obtener mediciones musculares más específicas podría contribuir a superar límites relevantes para el control protésico.

El grupo del MIT realiza ahora un estudio más amplio para evaluar qué tan bien las personas pueden controlar extremidades protésicas con las mediciones de las cuentas magnéticas. MIT News presentó la investigación como un posible camino hacia el desarrollo comercial de estas prótesis, pero los datos publicados hasta ahora corresponden a tres participantes y a una tarea virtual, de modo que una evaluación más extensa deberá aclarar su utilidad práctica. El medio también informó sobre el estudio en su artículo “Magnetic sensors track muscle movement, for better prosthetic limb control”.

El trabajo recibió financiación parcial del Yang Tan Collective del MIT, una beca de posgrado de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos y una beca de posgrado MIT HEALS. El artículo de investigación se titula A wireless magnetic implant system for continuous neuromuscular sensing y reúne una colaboración entre investigadores del MIT y la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, donde Cameron Taylor, otro autor principal, es profesor asistente de ingeniería biomédica.

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