Os investigadores desenvolveron un sistema nervioso sensorial artificial que pode procesar información similar ao corpo humano e que podería efectivamente dar sentido do tacto ás extremidades protésicas.
A nosa pel, o órgano máis grande do corpo, tamén é o máis importante xa que cobre todo o noso corpo, controla a temperatura corporal e protéxenos de factores externos nocivos como o sol, as temperaturas anormais, os xermes, etc. A nosa pel pode estirarse notablemente e repararse por si mesma. A pel tamén é importante porque nos proporciona un sentido do tacto a través do cal somos capaces de tomar decisións. A pel é un complexo sistema de detección e sinalización para nós.
Nun estudo publicado en Science , investigadores dirixidos polo profesor Zhenan Bao na Universidade de Stanford e na Universidade Nacional de Seúl desenvolveron un sistema nervioso sensorial artificial que podería supoñer un gran paso cara á creación de "pel artificial" para próteses de extremidades que poderían restaurar a sensación e actuar como unha cuberta de pel normal. O aspecto complexo deste estudo foi como imitar eficazmente a nosa pel, que posúe varias propiedades únicas. A característica máis difícil de imitar é a forma en que a nosa pel actúa como unha rede sensorial intelixente que primeiro transmite sensacións ao cerebro e tamén ordena aos nosos músculos que reaccionen mediante un reflexo para tomar decisións rápidas. Por exemplo, un toque fai que os músculos do cóbado se estiren, e os sensores destes músculos envían impulsos ao cerebro a través dunha neurona. A neurona entón envía unha serie de sinais ás sinapses relevantes. A rede sináptica do noso corpo recoñece o patrón de estiramento repentino nos músculos e envía dous sinais simultaneamente. Un sinal fai que os músculos do cóbado se contraian como reflexo e o segundo sinal vai ao cerebro para informar sobre esta sensación. Toda esta secuencia de eventos ocorre en case unha fracción de segundo. Imitar estes complexos sistemas nerviosos sensoriais biolóxicos, incluíndo todos os elementos funcionais da rede de neuronas, segue a ser un reto.
Sistema nervioso sensorial único que "imita" o real
Uns investigadores crearon un sistema sensorial único que podería replicar o funcionamento do sistema nervioso humano. O "circuíto nervioso artificial" deseñado polos investigadores integra tres compoñentes nunha lámina plana e flexible que mide uns poucos centímetros. Estes compoñentes xa foron descritos individualmente previamente. O primeiro compoñente é un sensor táctil que pode detectar forzas e presión (mesmo mini). Este sensor (feito de polímeros orgánicos , nanotubos de carbono e eléctrodos de ouro) envía sinais a través dun segundo compoñente, unha neurona electrónica flexible. Ambos compoñentes son versións melloradas e melloradas do que desenvolveron anteriormente os mesmos investigadores. Os sinais sensoriais xerados e pasados a través destes dous compoñentes envíase a un terceiro compoñente, un transistor sináptico artificial que está modelado exactamente como as sinapses humanas no cerebro. Estes tres compoñentes deben funcionar de forma cohesiva e demostrar a función final foi o aspecto máis desafiante. As sinapses biolóxicas reais transmiten sinais e almacenan a información necesaria para tomar decisións. Este transistor sináptico "realiza" estas funcións enviando sinais electrónicos ao transistor sináptico mediante o uso do circuíto nervioso artificial. Polo tanto, este sistema artificial aprende a recoñecer e reaccionar ás entradas sensoriais en función da intensidade e a frecuencia dos sinais de baixa potencia, do mesmo xeito que o faría unha sinapse biolóxica nun corpo vivo. A novidade deste estudo reside en como estes tres compoñentes individuais coñecidos anteriormente se integraron con éxito por primeira vez para crear un sistema cohesivo.
Os investigadores probaron a capacidade deste sistema para xerar reflexos e tamén sentir o tacto. Nun experimento uniron o seu nervio artificial á pata dunha cucaracha e aplicaron unha pequena presión ao seu sensor táctil. A neurona electrónica converteu o sinal do sensor en sinais dixitais e pasounos a través do transistor sináptico. Isto fixo que a perna da cucaracha se torcese en función do aumento ou diminución da presión no sensor táctil. Entón, esta configuración artificial certamente activou o reflexo de contracción. Nun segundo experimento, os investigadores mostraron a capacidade do nervio artificial para detectar diferentes sensacións táctiles ao poder diferenciar as letras Braille. Noutra proba fixeron rodar un cilindro sobre o sensor en diferentes direccións e puideron detectar con precisión a dirección exacta do movemento. Así, este dispositivo é capaz de mellorar o recoñecemento de obxectos e o procesamento fino da información táctil como o recoñecemento de texturas, a lectura en braille e os bordos distintivos dos obxectos.
Futuro do sistema nervioso sensorial artificial
Esta tecnoloxía de nervios artificiais está nunha fase moi temperá e non alcanzou o nivel de complexidade necesario, pero deu unha inmensa esperanza para crear cubertas de pel artificial. Está claro que tales "cubertas" tamén precisarían de dispositivos para detectar calor, vibracións, presión e outras forzas e sensacións. Teñen que ter unha boa capacidade de incorporarse en circuítos flexibles para que poidan interactuar eficazmente co cerebro. Para imitar a nosa pel, o dispositivo debe ter máis integración e funcionalidade que o farán máis estable e fiable.
Esta tecnoloxía do nervio artificial podería ser unha bendición para as prótesis e restaurar sensacións en amputados. Os dispositivos protéticos melloraron moito ao longo do ano con máis tecnoloxía de impresión 3D dispoñible e sistemas de robótica máis sensibles. A pesar destas actualizacións, a maioría dos dispositivos protéticos dispoñibles hoxe en día teñen que ser controlados dun xeito moi brusco xa que non proporcionan unha boa interface satisfactoria co cerebro debido á falta de incorporación das complejidades do vasto sistema nervioso humano. O dispositivo non dá feedback e, polo tanto, o paciente séntese moi insatisfeito e descartaos tarde ou cedo. Esta tecnoloxía de nervios artificiales, cando se incorpore con éxito ás próteses, proporcionará información táctil aos usuarios e axudará a proporcionar aos pacientes unha mellor experiencia. Este dispositivo é un gran paso para facer redes neuronais sensoriais parecidas á pel para varias aplicacións ao conceder poderes de reflexo e sentido táctil.
***
Fonte (s)
Yeongin K et al. 2018. Un nervio aferente artificial orgánico flexible bioinspirado. Science . https://doi.org/10.1126/science.aao0098
***
