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Terapia robótica: el español que enseña a los exoesqueletos a leernos la mente

El bioingeniero Juan C. Moreno ha coordinado la creación de un robot que colaborará en la rehabilitación de pacientes que han sufrido una enfermedad cerebrovascular o una lesión medular incompleta. Sensores que miden la actividad eléctrica cerebral y muscular se han combinado con algoritmos para que el avanzado exoesqueleto del proyecto internacional BioMot se adapte a cada usuario.

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En España,  unas 120.000 personas cada año sufren un ictus o infarto cerebral, que en la mayoría de los casos deja secuelas. Además, se calcula que hay 400 nuevos casos al año de lesión medular en nuestro país. El bioingeniero colombiano-español Juan C. Moreno lleva más de una década trabajando para que la robótica ayude a pacientes de este tipo a volver a caminar.

Este investigador ha sido el coordinador del proyecto financiado con fondos europeos BioMot, que ha permitido la construcción de un avanzado exoesqueleto destinado a la rehabilitación que se integra con el usuario, adaptándose a su situación. “La diferencia es que vas a poder determinar paso a paso qué es lo que está aportando el robot y qué es lo que está aportando el paciente, y hacer que ese lazo se cierre", explica Moreno, investigador del Instituto Cajal del CSIC. "Que lo que haga el robot tenga que ver con lo que está haciendo el paciente, que le asista en la medida de la necesidad”.

Desarrollar este prototipo, que el científico ha mostrado a HojaDeRouter.com en la reciente Global Robot Expo, no ha sido sencillo. Expertos de cinco países han trabajado durante tres años para que el robot empiece a probarse con pacientes y les ayude a recuperar su capacidad motriz de forma personalizada, toda una revolución respecto a los ejercicios tradicionales para entrenar la marcha sobre el suelo. 

Combinando tecnologías de todo el mundo

Especialistas en biomecánica, control de movimiento, electrofisiología, neurología, interfaces cerebro-máquina y robótica de España, Bélgica, Italia, Japón e Islandia han trabajado en el consorcio BioMot creando el exoesqueleto. “La idea no es combinar un montón de sensores un poco a lo loco, sino ver cuáles son las mejores alternativas”, destaca Juan C. Moreno, el director de orquesta de este sofisticado robot que integra complejos  actuadores y algoritmos de alto nivel.  

La Universidad Miguel Hernández de Elche ha aportado una tecnología que, mediante un casco con electrodos colocado sobre el cuero cabelludo del paciente, monitoriza su actividad eléctrica cerebral (EEG). “Vimos que la información cerebral podía ser interesante para pacientes que han sufrido un accidente cerebrovascular [otra forma de referirse al ictus] y necesitan involucrar la actividad cerebral”, señala Moreno.

El cerebro o la médula de un paciente después de una lesión pueden reorganizarse mediante la formación de nuevas conexiones neuronales, aunque no es fácil lograrlo. Por ello, analizar los patrones de su función cerebral durante la rehabilitación puede servir para conocer su nivel de atención. Una información que se traslada después al exoesqueleto, que adapta su funcionamiento a ese índice para que la terapia sea más eficiente.

Por otra parte, otros electrodos del exoesqueleto dispuestos en las piernas del paciente ayudan a medir la actividad eléctrica muscular (EMG). Un modelo informático interpreta esas señales para monitorizar con precisión la actividad residual del paciente y mejorar así la interacción entre robot y máquina

“Con los exoesqueletos que existen tienes una estimación [...] de las fuerzas que se generan en la interacción entre robot y usuario, pero no sabes qué parte viene aportada por el usuario y qué parte viene aportada por el robot”, detalla Moreno. 

Juan C. Moreno ha coordinado el proyecto internacional para crear un avanzado exoesqueleto

Juan C. Moreno ha coordinado el proyecto internacional para crear un avanzado exoesqueleto

El ‘software’ de BioMot es capaz de recoger esos datos e interpretarlos al instante para predecir la fuerza que producen los músculos del paciente. De esa forma, el controlador del exoesqueleto podrá adecuarse para proporcionar la ayuda que sea necesaria. Investigadores de la Universidad de Padua (Italia) se han encargado de desarrollar los modelos neuromusculoesqueléticos para que la máquina interaccione con el humano.

Mientras tanto, unos actuadores que emulan las propiedades de los músculos humanos, capaces de almacenar y liberar energía, han sido desarrollados por la Universidad Libre de Bruselas para mejorar la marcha de los pacientes. Todo un trabajo de cooperación científica internacional.

Pero, ¿cómo han logrado que un exoesqueleto aprenda a caminar y encima se adapte a las capacidades motoras de cada cual? Expertos del centro de investigación japonés Riken han creado un algoritmo al que han llamado de “aprendizaje tácito”. Inspirándose en la forma en la que los mamíferos caminan, han desarrollado un modelo artificial que sirve para que un humanoide o un exoesqueleto no solo aprenda a caminar de forma natural por sí solo, sino que además logre adaptarse a los cambios que se producen al interactuar con el entorno.

Gracias a todos esos sistemas, que el CSIC se ha encargado de integrar en este robot bioinspirado, los investigadores podrían lograr que las terapias de rehabilitación sean mucho más fructíferas. “El robot en principio es más pasivo y, progresivamente, si el paciente va contribuyendo más con su actividad bien consiguiendo mantener su atención, o bien mejorando la calidad de su contribución muscular, va guiando de manera adaptativa el movimiento”, detalla Moreno.

Exoesqueletos al servicio del terapeuta 

Algunos pacientes que han sufrido ictus y lesiones medulares ya han probado de forma preliminar este robot sobre una cinta en el Hospital Nacional de Parapléjicos de Toledo y en la Universidad Miguel Hernández de Elche. Pacientes con enfermedades cerebrovasculares, lesiones cerebrales incompletas, esclerosis o párkinson, además de aquellos con problemas de control del equilibrio, debilidad muscular o daños en alguna articulación determinada, también podrían beneficiarse en un futuro de la terapia con estos sistemas.

“De toda esta línea de investigación a lo mejor pueden salir herramientas un poco más pequeñas o más adecuadas que pueda utilizar el terapeuta", apunta Moreno. "Esto es un poco lo que yo quisiera, que se convirtieran en herramientas realmente útiles en el entorno clínico y que a lo mejor se lo pueda llevar el paciente a casa para hacer terapia”.

Un casco con electrodos permite monitorizar la actividad cerebral del paciente. (Foto: BioMot)

Un casco con electrodos permite monitorizar la actividad cerebral del paciente. (Foto: BioMot)

Aunque el proyecto BioMot ha concluido, aún tienen que realizar estudios preclínicos, por lo que este investigador cree que antes de cinco años no llegará a los hospitales. “Esa visión a largo plazo es que la tecnología sea una alternativa para que se optimicen los recursos que se utilizan para hacer esta rehabilitación, porque al final va a redundar en una mejoría social", afirma Moreno. "Vas a hacer que la rehabilitación sea más rápida, más eficiente, más barata...”

Su invento no va a quitar el trabajo a los especialistas, sino que “es un sistema compartido de la inteligencia del robot y de la inteligencia del terapeuta”, y además requiere de la implicación del usuario que lo lleva puesto. “También hay una parte psicológica de en qué medida el paciente le está dando una oportunidad a la terapia”, destaca. “Hay pacientes que [...] no consiguen establecer una buena comunicación con el robot, que al final es un sistema interactivo como puede ser un videojuego”.

¿Adiós a las sillas de ruedas?

Más allá de ayudar a que los pacientes se levanten de la silla de ruedas, ¿serán estas sustituidas por exoesqueletos a corto plazo? Aunque uno de los modelos más famosos decepcionara durante el Mundial de Brasil supuestamente, un joven parapléjico iba a hacer el saque inicial con uno controlado por su mente, aunque al final todo se quedó en un leve movimiento de pie, hay avances prometedores en este sentido. El año pasado, una investigadora española del CSIC desarrolló un exoesqueleto para mejorar la movilidad de una niña con tetraplejia.

“El problema de la asistencia tiene que ver con la respuesta sostenible del sistema en la vida diaria. Es decir, que el exoesqueleto responda siempre como el paciente espera, que lo integre dentro de su sistema de control, casi que lo perciba como una extensión de su cuerpo”, defiende Moreno. Aunque cree que se han producido avances significativos  para lograr que los pacientes puedan usarlos tanto en su casa como en la calle considera que aún queda tiempo.

Un miembro del proyecto BioMot probando el exoesqueleto (Foto: Cristina Sánchez)

Un miembro del proyecto BioMot probando el exoesqueleto (Foto: Cristina Sánchez)

“Quizá no habría que centrarse tanto en casos puntuales de parálisis muy significativas, sino ampliar el abanico de aplicaciones que pueden tener los exoesqueletos y más allá de las aplicaciones clínicas”. Por ejemplo, los robots podrían ayudar a prevenir accidentes laborales para aquellos trabajadores que tengan que soportar pesadas cargas durante su jornada.

Por el momento, el proyecto BioMot ya ha conseguido demostrar que se pueden crear exoesqueletos más flexibles que se adapten mejor a nosotros. Ahora, este reputado bioingeniero, reconocido como el Innovador Solidario del Año por el MIT Technology Review en 2012 o el Premio Medalla Joven Investigador 2015 otorgado por la Real Academia de Ingeniería, planea promover su viabilidad desarrollando más copias y realizando más pruebas con pacientes. También seguirá trabajando en el CSIC para lograr que la robótica ayude a los que han de aprender a caminar de nuevo. 

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