Mes: enero 2020

Prótesis capaz de percibir tacto y dolor

Recientemente se ha publicado un artículo en la revista Science Robotics en el que se describe una prótesis con un recubrimiento que imita la piel humana, al menos en la transmisión de sensaciones de tacto y dolor, algo que hasta ahora estaba vedado a sistemas protésicos.

Comienzan explicando lo obvio: Nuestro sistema sensorial es fundamental para obtener información del mundo exterior, incluyendo por supuesto el sentido del tacto que, junto con nuestro propio sentido de nuestra posición(1), nos permite realizar tantas tareas cotidianas con nuestras extremidades, especialmente las manos.

Dentro de este sentido del tacto, la importancia del dolor es muy fuerte: nos permite saber si una superficie o algo que tocamos es seguro o no. Por eso ha habido una investigación muy intensa en los últimos años tratando de lograr algún tipo de retroalimentación sensora de las prótesis a sus usuarios, para lo cual se han seguido varios caminos.

Por ejemplo, se han publicado estudios con varios sistemas sensores capaces de proporcionar información sobre la posición de la prótesis al ususario, pero los avances más significativos han sido la demostración de la capacidad de proporcionar sentidos artificiales del tacto a amputados mediante electrodos implantados o simplemente en contacto con el cuerpo del paciente.

El avance fundamental de este artículo estriba en la inclusión del dolor como posibilidad a sentir desde una prótesis, lo que esperan que ayude a crear y diseñar sistemas más realistas y cómodos para los ususarios.

Para ello, desarrollaron dos sitemas distintos: una <<piel sintética>> con capacidad del sentido del tacto y una interfaz neuromórfica(2) que, combinados, dan al paciente la capacidad de sentir no sólo el tacto de lo que está tocando la prótesis, sino también de sentir dolor de la misma.

El esquema de funcionamiento se muestra en la siguiente figura:

Adaptada del artículo. Esquema de cómo funciona el sistema para porporcionar tacto. La piel sintética recibe una señal, que se codifica por su controlador en una serie de pulsos eléctricos similares a los producidos por una extremidad viva, y que alimentan un estimulador que envía las señales directamente al cerebro mediante cables insertados debajo de la piel.

La piel sintética funciona imitando la natural, con dos capas diferenciadas con distintas sensibilidades, que ayudan a poder percibir las formas de los objetos que se estén tocando.

Para ser capaces de darle retroalimentación de los datos de la prótesis al usuario, mediante el uso de cables intertados bajo la piel, TENS siguiendo sus siglas en inglés(3) proporcionaron estímulos al cerebro del paciente, para que el les dijera qué estaba <<sintiendo>> de su miembro ausente, es decir, qué regiones percibía como tocando algo (el dedo índice de la mano izquierda, el de la mano derecha, etc) de manera que elaboraron un mapa de qué estímulos le decían a su cerebro que estaban tocando el miembro amputado. Con ellos, podían engañarlo para decirle que un dedo estaba tocando algo, cuando en realidad producían la señal desde la prótesis.

Para imitar la percepción espacial de objetos, la piel artificial estaba dividida en partes discretas, de tal forma que según el número y situación de las partes de la piel activadas, el sistema de retroalimentación era capaz de mapear una forma del objeto que estaba siendo tocado y transmitirle esa información al paciente. Las diversas formas de distribuir la presión en los sensores para tres objetos muy diferentes las muestran los autores en su figura 4, que reproduzco:

Adaptada del artículo citado. La primera fila desde arriba muestra los diversos objetos, todos del mismo largo, que la prótesis percibió. La segunda y tercera enseñan las señales de presión y su situación en el sensor de la punta del dedo y la última las señales eléctricas que se enviaron.

Para terminar de mejorar el sistema, añadieron la capacidad de hacer percibir al sujeto dolor de la prótesis cambiando la frecuencia y duración de las señales que emitieron mediante TENS(3) a su cerebro, y además proporcionaron, a modo de prueba, un cierto sistema reflejo a la prótesis capaz de soltar aquello que le causaba dolor sin intervención consciente, de un modo muy similar a como funciona el sistema reflejo humano real.

El artículo original se puede encontrar en:

Prosthesis with neuromorphic multilayered e-dermis precieves touch and pain,

Science Robotics  20 Jun 2018. Vol. 3, Issue 19, eaat3818
DOI: 10.1126/scirobotics.aat3818

https://robotics.sciencemag.org/content/3/19/eaat3818

Notas:

(1) Llamado propiocepción, una características de los seres humanos que se considera ya un sentido como la vista, el oido, etc.

(2) Interfaz neuromórfica: Quieren decir un sistema de comunicación entre la piel y el usuario que imita el sistema neuronal humano.

(3) TENS: Transcotaneus Electrical Dermal Stimulation, Estimulación eléctrica dermal transcutánea.

Uso de teoría de redes para comprender la dinámica del terrorismo.

En un artículo muy interesante, unos investigadores indios han empleado la teoría de redes para tratar de estudiar la dinámica del terrorismo en el mundo y sus cambios en el tiempo.

Comienzan en la introducción comentando que, en principio, la evidencia disponible apunta a que la cooperación entre seres humanos es la fuerza dominante, dado que nuestra historia como especie empezó formando pequeñas tribus para acabar con la formación de los actuales estados, unas organizaciones muy complicadas donde personas totalmente extrañas entre sí cooperan.

Al mismo tiempo, en toda nuestra historia actos violentos má o menos organizados han sido también grandes protagonistas; basta con recordar las dos últimas guerras mundiales o cualquiera de los múltiples conflictos violentos abiertos en el planeta. Y dentro de ellos, por supuesto, actos de terrorismo, aquí definidos como actos violentos realizados por grupos pequeños de personas con el objetivo de alcanzar un cambio en el estatus político, religioso o social imperante.

El artículo trata de usar la teoría de redes, muy empleada por físicos de formación para el estudio de instituciones humanas de cualquier tipo recientemente, para poder analizar las relaciones existentes entre grupos terroristas, sus víctimas y los potenciales vínculos entre ellos.

Como base de datos de relaciones entre terroristas y víctimas emplearon una base de datos denominada Base de datos de terrorismo global (Global Teroorism Database en inglés), que recoge de las noticias sobre ataques violentos sucedidos en el mundo que aparecen en prensa el número de víctimas, el grupo que inició el ataque terrorista y otra información relevante.

Tras construir el grupo de datos que emplean en el análisis, pueden mostrar gráficos tan impresionantes com la figura siguiente, donde observan la evolución temporal de los ataques en todo el mundo; el terrorismo de ETA es muy claro en la península ibérica.

Ataques teorristas en el mundo separados por décadas. Obsérvese como los ataques sufridos por África en los últimos años aparecen claramente marcados. Adaptado de la figura 1 del artículo citado.

Entre sus conclusiones, la primera que sacan es que casi todos los grupos terroristás están fuertemente ligados, de tal forma que un gran cluster de grupos o personas terroristas fuertemente unidos conforman el 8% de todos los nodos presentes.

Otra de las cosas que comprobaron es la resiliencia de la red de terrorismo a sus ataques, que resultó ser baja si lo que se se hace es extraer aquellos elementos más destacados de la red, frente a ataques aleatorios a la red. Esto tiene importancia a la hora de diseñar políticas de contención del terrorismo, porque implica que antes que un control global y aleatorio, para acabar con el terrorismo es preferible un control más selectivo de objetivos de alta importancia en la organización terorista: cabecillas de diversos grupos, altos mandos, etc.

Además, también presentan clara evidencia empírica de algo que todos los que vivimos actualmente tenemos claro de forma intuitiva: según avanzó el siglo XX y el XXI, la cantidad de grupos terroristas aumenta, con una mayor disparidad y cantidad de víctimas conforma avanza el tiempo. La consecuencia de esto y del resultado anterior es clara: cada vez resulta más difícil evitar o neutralizar las redes terroristas, pues para ello hay que descabezarlas y hay cada vez más cabezas.

Como eejmplo, citan el conflicto entre palestinos e israelíes, que hasta 1970 tenía dos actores principales: el estado israelí y el palestino (o lo que pudieran tener), para años después, con la incorporación de otros grupos como Hamás, complicar de manera clara la geometría de la red, como demuestra la figura siguiente:

Estructura de la red de terroristas y víctimas a lo largo de décadas para Israel (ISR, arriba) y Colombia (COL, abajo). Observen como la aparición de varios agentes en los actos de violencia en ambos casos complica la red. Por otra parte, se observa que en Israel un gran número de grupos (color violeta) atacan al mismo tipo de víctimas(color rosado), mientras que en Colombia la violencia está más repertida. Adaptado de la figura 5 del artículo citado.

Por otra parte, dentro de la geometría de a red se observa con frecuencia una estructura de estrella: o bien un mismo objetivo terrorista sufre ataques de varios grupos a la vez, o bien un grupo ataca varios blancos diferentes.

El artículo se puede encontrar en el siguiente enlace: Identifying the global terror hubs and vulnerable motifs using complex network dynamics