Un esoscheletro per tornare a camminare

In Francia è stato testato il primo dispositivo esterno collegato al cervello che restituirà il movimento ai tetraplegici.

La tetraplegia (o quadriplegia) è la paralisi degli arti dovuta a una lesione irreversibile del midollo spinale (nella parte alta della colonna vertebrale) o a un danno cerebrale, che annulla il controllo nervoso nei confronti della muscolatura. È un grave handicap che costringe i pazienti (anche giovanissimi) a una vita azzerata, in totale dipendenza dagli altri 24 ore su 24. Possono inoltre sopravvenire complicanze respiratorie, dolorose o a carico delle ossa, dell’apparato urinario e gastrointestinale. A volte la compromissione riguarda anche la sensorialità.

La tetraplegia può essere provocata da un trauma (caduta, incidente, lesioni cerebrali; circa il 20% delle lesioni del midollo spinale può tradursi nella paralisi) o essere la conseguenza di patologie (poliomelite, rabbia, sclerosi multipla, distrofia muscolare).

Presso il centro Clinatec, nell’ambito della neuroprostetica (settore che applica la robotica alla neurologia), si è tentato di restituire il movimento a chi purtroppo non può più viverlo.

Clinatec è un istituto di ricerca medica (soprattutto a livello di malattie neurodegenerative, tumori e handicap) situato a Grenoble, che si concentra sulle micro-nanotecnologie. Sorto tra il 2010 e il 2012, anche grazie al successo ottenuto dai suoi fondatori sulla stimolazione cerebrale profonda nel morbo di Parkinson, esso comprende un complesso di laboratori in cui operano a stretto contatto medici, biologi, ingegneri, esperti in robotica, matematici e neurologi, ed è collegato al Commissariato per l’energia atomica e alternativa e con l’Università di Grenoble-Alpes.

“Penso che nessun giovane tetraplegico immagini una vita intera immobile. Molti di quelli che conosco sperano che la scienza li farà camminare di nuovo.” Philippe Pozzo di Borgo, tetraplegico dal 1993 (Fonte: Clinatec)

Nel 2017 il centro ha ottenuto l’autorizzazione a operare alcuni tetraplegici per un progetto volto a installare un esoscheletro azionato dal cervello. Dopo due anni di sperimentazione, i risultati sono stati pubblicati il giorno 4 ottobre 2019 sulla rivista The Lancet Neurology.

La sfida è stata rendere la tecnologia già esistente degli esoscheletri (che comunque erano più invasivi o controllavano solo uno o due arti) in grado di leggere e utilizzare l’attività elettrica cerebrale. Le informazioni cerebrali corrispondenti a un intenzione di movimento possono essere trasmesse a una macchina. Questo perché eseguire un movimento o soltanto immaginarlo corrispondono alla stessa attività cerebrale. In questo modo il paziente riacquisterebbe una certa autonomia e non dovrebbe dipendere in tutto e per tutto dall’intervento esterno, sia per camminare che per mangiare e manipolare oggetti. Inoltre sarebbe possibile applicarlo alle sedie a rotelle.

Clinatec ha quindi progettato un dispositivo impiantabile in grado di recepire i segnali emessi durante l’intenzione di movimento di una persona, e la sperimentazione ha validato questa tecnologia. Sono però necessari ulteriori fondi per renderla reattiva e pronta all’uso su larga scala.

Il sistema è semi-invasivo e si basa su un’interfaccia cervello-computer, epidurale e wireless. I pazienti sono stati selezionati secondo criteri ben definiti, escludendo quelli sottoposti a chirurgia cerebrale e trattamento con anticoagulanti, problematiche neuropsichiatriche, controindicazioni a elettro e magnetoencefalogramma. È stato escluso un paziente in cui il dispositivo ha smesso di funzionare una volta impiantato.

Il primo (e per ora unico) partecipante è stato un ventottenne di nome Thibault, tetraplegico a seguito di una lesione spinale a livello delle vertebre C4-C5. Due sensori bilaterali con 64 elettrodi ciascuno sono stati applicati dall’equipe neurochirurgica in corrispondenza delle aree motosensoriali superiori, sopra la parte esterna delle meningi per evitare infezioni all’encefalo. I sensori sono stati realizzati in base alle più stringenti norme di sicurezza riguardanti i dispositivi medici biocompatibili. I segnali corticali (elettrocorticogrammi) venivano digitalizzati dagli elettrodi, trasmessi tramite collegamento wireless sicuro a un terminale esterno e processati tramite un sofisticato algoritmo che li ha decodificati e trasformati in comandi. Questi comandi sono dapprima stati testati su un avatar virtuale che simulava un personaggio fittizio da controllare nella deambulazione, un bersaglio da raccogliere o i due arti da muovere per manipolare oggetti, poi sull’esoscheletro vero e proprio in laboratorio, che permetteva fino a otto direzioni simultanee di movimento. Nei due anni di durata dello studio il ragazzo ha dovuto svolgere vari compiti per aumentare gradualmente la propria autonomia.

La percentuale di successo è stata del 71%: Thibault ha potuto di nuovo camminare, spostare e prelevare oggetti, alzarsi e sedrsi. Il fatto che il dispositivo abbia funzionato per due anni (e che il modello utilizzato per la decodifica dei segnali si possa riutilizzare senza ricalibrazione per circa due mesi) rende questo sistema potenzialmente a lungo termine, e questo è un fatto eccezionale se si considera la plasticità del cervello, che rende difficile stabilizzare l’informazione neuronale.

L’esoscheletro pesa 65 kg e deve essere ancorato al soffitto per mancanza di equilibrio proprio, perciò questo rimane, per ora, un sistema confinato entro una sala di laboratorio. Inoltre saranno necessarie interfacce molto più potenti, con una capacità di calcolo superiore, per permettere fluidità di movimento, autonomia e stabilità. Ma è un esperimento di grande successo, che apre la porta a un futuro più roseo per i tetraplegici come Thibault che, come lui stesso afferma, si è sentito “come il primo uomo sulla luna”.

Articolo su The Lancet

Une neuroprothèse inédite permet à un patient tétraplégique équipé d’un exosquelette de se mouvoir

Clinatec – Faire remarcher les tétraplégiques

Wired – Un esoscheletro robotico controllato dal pensiero