Hugh Herr es profesor de MIT y construye partes del cuerpo, piernas biónicas para caminar y correr.

En 1982, sufrió un accidente de montaña y se le tuvieron que amputar ambas piernas debido a un daño tisular por congelación.

Sus piernas biónicas cuentan con: 24 sensores, seis microprocesadores y actuadores similares a tendones musculares.

Es un hombre biónico, pero aún no es un cyborg.

Cuando piensa en mover las piernas, las señales neuronales de su sistema nervioso central pasan a través de sus nervios y activan los músculos dentro de sus extremidades residuales.

Los electrodos artificiales detectan estas señales, y las computadoras pequeñas en la extremidad biónica decodifican sus impulsos nerviosos en sus patrones de movimiento previstos.

En pocas palabras, cuando piensa en moverme, ese comando se comunica con la parte sintética de su cuerpo.

Sin embargo, esas computadoras no pueden ingresar información en su sistema nervioso.

Cuando toca y mueve sus extremidades sintéticas, no experimenta sensaciones normales de tacto y movimiento.

Si fuera un cyborg podría sentir sus piernas a través de pequeñas computadoras ingresando información en su sistema nervioso.

En MIT, trabajan en el Diseño NeuroEmbodied.

En este proceso de diseño, el diseñador diseña carne y huesos humanos, el cuerpo biológico en sí, junto con materiales sintéticos para mejorar la comunicación bidireccional entre el sistema nervioso y el mundo fabricado.

NeuroEmbodied Design es una metodología para crear funciones cyborg.

En este proceso de diseño, los diseñadores contemplan un futuro en el que la tecnología ha sido cuidadosamente integrada en nuestra naturaleza, un mundo en el que lo biológico y lo no, lo que es humano y lo que no es, lo que es naturaleza y lo que no, se borrará para siempre.

Ese futuro proporcionará a la humanidad nuevos cuerpos.

NeuroEmbodied Design extenderá nuestros sistemas nerviosos al mundo sintético, y el mundo sintético a nosotros, cambiando fundamentalmente quiénes somos.

Al diseñar el cuerpo biológico para comunicarse mejor con el mundo del diseño fabricado, la humanidad acabará con la discapacidad en este siglo XXI y establecerá la base científica y tecnológica para ampliar la capacidad humana más allá de los niveles fisiológicos, cognitivos, emocionales y físicos.

Hay  un área del diseño NeuroEmbodied, en el cual los tejidos del cuerpo son manipulados y esculpidos usando procesos quirúrgicos y regenerativos.

El paradigma de la amputación actual no ha cambiado fundamentalmente desde la Guerra Civil de los Estados Unidos y se ha vuelto obsoleto a la luz de los dramáticos avances en los actuadores, los sistemas de control y las tecnologías de interfaz neuronal.

Una deficiencia importante es la falta de interacciones musculares dinámicas para el control y la propiocepción.

¿Qué es la propiocepción?

Cuando flexiona el tobillo, los músculos de la parte delantera de la pierna se contraen, y al mismo tiempo estiran los músculos de la parte posterior de la pierna.

Lo contrario sucede cuando extiende su tobillo. Aquí, los músculos de la parte posterior de la pierna se contraen, estirando los músculos del frente.

Cuando estos músculos se flexionan y se extienden, los sensores biológicos dentro de los tendones musculares envían información a través de los nervios al cerebro.

Así es como podemos sentir dónde están nuestros pies sin verlos con nuestros ojos.

El paradigma de la amputación actual rompe estas dinámicas relaciones musculares y, al hacerlo, elimina las sensaciones propioceptivas normales.

En consecuencia, una extremidad artificial estándar no puede devolver información al sistema nervioso acerca de dónde está la prótesis en el espacio.

Por lo tanto, el paciente no puede sentir y sentir las posiciones y movimientos de la articulación protésica sin verla con los ojos.

Las piernas de Hugh fueron amputadas usando esta metodología de la época de la Guerra Civil.

Puede sentir sus pies, puedo sentirlos ahora como una conciencia fantasma. Pero cuando intenta moverlos, no puede. Se siente como si estuvieran atrapados dentro de botas de esquí rígidas.

Para resolver estos problemas, en MIT, inventaron la interfaz mioneural agonista-antagonista, o AMI, para abreviar.

El AMI es un método para conectar los nervios dentro del residuo a una prótesis externa biónica.

¿Cómo se diseña el AMI y cómo funciona?

El AMI comprende dos músculos que están conectados quirúrgicamente, un agonista vinculado a un antagonista.

Cuando el agonista se contrae con la activación eléctrica, estira al antagonista.

Esta interacción dinámica muscular hace que los sensores biológicos dentro del tendón del músculo envíen información a través del nervio al sistema nervioso central, relacionando información sobre la longitud, la velocidad y la fuerza del tendón del músculo.

Así es como funciona la propiocepción del tendón muscular, y es la principal forma en que nosotros, como humanos, podemos sentir y sentir las posiciones, movimientos y fuerzas en nuestras extremidades.

Cuando se amputa una extremidad, el cirujano conecta estos músculos opuestos dentro del residuo para crear un AMI.

Ahora, se pueden crear múltiples constructos de AMI para el control y la sensación de múltiples articulaciones protésicas.

Luego, se colocan electrodos artificiales en cada músculo de la AMI, y pequeñas computadoras dentro de la extremidad biónica decodifican esas señales para controlar potentes motores en la extremidad biónica.

Cuando la extremidad biónica se mueve, los músculos de la AMI se mueven hacia adelante y hacia atrás, enviando señales a través del nervio hasta el cerebro, permitiendo a la persona que usa la prótesis experimentar sensaciones naturales de las posiciones y movimientos de la prótesis.

¿Pueden estos principios de diseño de tejidos usarse en un ser humano real?

Hace unos años, Jim Ewing, de 34 años, tuvo un terrible accidente de escalada. Cayó 15 metros en las Islas Caimán cuando su cuerda no pudo atraparlo golpeando la superficie del suelo.

Sufrió muchas lesiones: pulmones perforados y muchos huesos rotos. Después de su accidente, soñó con volver a su deporte elegido de alpinismo.

La respuesta fue Team Cyborg, un equipo de cirujanos, científicos e ingenieros reunidos en el MIT para reconstruir a Jim a su antigua capacidad de escalada.

El miembro del equipo, el Dr. Matthew Carty, amputó la pierna gravemente dañada de Jim en el Hospital Brigham and Women’s de Boston, utilizando el procedimiento quirúrgico de AMI.

Las poleas del tendón se crearon y se unieron al hueso tibial de Jim para volver a conectar los músculos opuestos.

El procedimiento de AMI restableció el vínculo neuronal entre los músculos del tobillo-pie de Jim y su cerebro.

Cuando Jim mueve su miembro fantasma, los músculos reconectados se mueven en pares dinámicos, haciendo que las señales de propiocepción pasen a través de los nervios hasta el cerebro, por lo que Jim experimenta sensaciones normales con posiciones y movimientos de tobillo y pie, incluso con los ojos vendados.

Se vincularon eléctricamente los músculos AMI de Jim, a través de electrodos, con una extremidad biónica, y Jim aprendió rápidamente cómo mover la extremidad biónica en cuatro direcciones distintas de movimiento de tobillos.

Cuando Jim se puso de pie ocurrió algo realmente notable.

Toda la biomecánica natural mediada por el sistema nervioso central surgió a través de la extremidad sintética como una acción involuntaria y reflexiva.

Todas las complejidades de la colocación de los pies durante el ascenso por una escalera emergieron.

Exhibió automáticamente movimientos naturales sin que él siquiera intente mover su extremidad.

Debido a que el sistema nervioso central de Jim está recibiendo las señales propioceptivas, sabe exactamente cómo controlar la extremidad sintética de forma natural.

Ahora, Jim se mueve y se comporta como si la extremidad sintética fuera parte de él.

Al conectar bidireccionalmente el sistema nervioso de Jim a su extremidad sintética, se logró la encarnación neurológica.

Debido a que Jim puede pensar y mover su extremidad sintética, y porque puede sentir esos movimientos dentro de su sistema nervioso, la prótesis ya no es una herramienta separada, sino una parte integral de Jim, una parte integral de su cuerpo.

Debido a esta encarnación neurológica, Jim no se siente como un cyborg. Siente como que acaba de recuperar su pierna, que ha recuperado su cuerpo.

Según Hugh, el alcance del Diseño NeuroEmbodied se extenderá más allá del reemplazo de extremidades y llevará a la humanidad a reinos que redefinen fundamentalmente el potencial humano.

En este siglo 21, los diseñadores extenderán el sistema nervioso en exoesqueletos poderosamente fuertes que los humanos pueden controlar y sentir con sus mentes.

Los músculos dentro del cuerpo se pueden reconfigurar para el control de motores potentes, y para sentir y sentir movimientos exoesqueléticos, aumentando la fuerza de los humanos, la altura de salto y la velocidad de carrera.

Los humanos también pueden extender sus cuerpos hacia estructuras no antropomórficas, como las alas, controlando y sintiendo cada movimiento de las alas dentro del sistema nervioso.

En el MIT, el Equipo Cyborg dio a Jim un miembro especializado para el mundo vertical, una pierna con control cerebral con una posición completa y sensaciones de movimiento.

Utilizando esta tecnología, Jim regresó a las Islas Caimán, el lugar de su accidente, reconstruido como un cyborg para subir una vez más hacia el cielo.

Fuente: TED

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