Un Tutore per camminare

Ho conosciuto Riccardo circa 2 anni e mezzo fa’ e da circa quella data abbiamo intrapreso un viaggio che ancora oggi non è concluso.

Riccardo è una delle tante persone con una lesione midollo spinale, ma uno dei pochi ai quali è successo da giovane, circa a 20 anni.

Non sapevo molto di traumi di questo tipo e devo dire che ho appreso tantissimo sia grazie a lui, sia grazie ad un seminario che si è svolto a firenze da un gruppo di ricercatori di pisa, oltre che alla mia personale voglia di capire ed aiutarlo.
Quello che ho capito è che il midollo spinale non si rompe o taglia quasi mai del tutto e spesso subisce quello che viene definito schiacciamento dato dalla traslazione tra 2 vertebre della colonna.

Il midollo funziona come una autostrada per i segnali elettrici/chimici che partono dal cervello ed arrivano ad attivare le fibre muscolari, ma funziona anche da retroazione per tutte le sensazioni che il nostro corpo fornisce ed è molto raro che vengano interrotti tutti i segnali infatti si parla di una sorta di percentuale di passaggio elettrico data da alcuni test. Anche la tipologia delle cellule neuronali nella colonna si è adattata allo scopo del passaggio di segnale come una sorta di ponte ed è raffigurata su diversi libri di forma allungata rispetto a quelle della corteccia. I segnali sono nell’ordine dei ms di durata e dal picco picco di potenziale di 90mV (-70mV +20mV), ma spesso anche inferiori e con una componente continua.
Una delle caratteristiche delle cellule neuronali è che sono riconfigurabili, alcune tipologie di modelli di reti neurali artificiali sono ispirate a quelle naturali e si modellano con legami pesati di attivazione e devono essere addestrate per trovare proprio i legami che attivano il neurone successivo. Infatti è possibile che avendo avuto un trauma in una determinata area celebrale un’altra area si sostituisca a quella danneggiata facendo percorrere al cervello una strada differente da quella che andrebbe verso il trauma e quindi la zona danneggiata. Anche per questo sono riconfigurabili. Una curiosità che ho scoperto al seminario è che proprio questa riconfigurabilità è molto più potente di quello che si potrebbe pensare: alla università di Pisa è in sperimentazione un braccio robotico collegato a dei sensori radio ad una persona che ha perso il braccio che rilevano i segnali elettrici ed attivano gli attuatori sul braccio robotico. Il difetto è che nello stringere un bicchiere di plastica non c’è la consueta retroazione del segnale di tatto sullo stesso nervo e per questo anche allenandosi rimane difficoltoso stringerlo senza romperlo. Quello che hanno provato è stato inserire una retroazione con dei sensori sui polpastrelli del braccio robotico e spararla in modo abbastanza grezzo sul nervo senza una interpretazione ben precisa. Morale della favola la persona che ha sperimentato questa tecnica, dopo un periodo di addestramento è riuscita ad azzeccare il 100% di materiali passando il polpastrello robotico con il sensore sopra alle superfici. Tale test ha sperimentato una grande attitudine del cervello all’interpretazione dei segnali, che sicuramente non danno la stessa sensazione di un polpastrello vero, ma che dopo un periodo di addestramento riesce ad associare quei segnali ad un certo tipo di rugosità dei materiali. Un’altro test scientifico effettuato che rivela l’adattabilità delle reti neurali è quello della scimmia presente su www.ted.com alla quale hanno collegato dei sensori direttamente nel cervello corrispondenti al movimento della mano che la faceva giocare ad un banale gioco con un joistik e quando vinceva il gioco la scimmia poteva bere del succo tropicale tramite una cannuccia. Collegando direttamente i sensori al gioco senza joystic la scimmia ha iniziato a giocare senza muovere la mano, ed a vincere il succo lo stesso.
Mi pare plausibile che attualmente, sia la parte riferita alla microelettronica dei componenti (siamo a 14nm) rispetto alla grandezza dei neuroni e sia la velocità del campionamento (DAC e ADC) sia ampliamente compatibile con quella che potrebbe essere una interfaccia midollo spinale proprio sulla lesione, (essendo in grado sia di rilevare i segnali sia di immetterli) quello che non so attualmente è se i materiali dei sensori a lungo andare subiscono un processo di graduale deterioramento/ossidazione tale da rendere ancora impossibile la progettazione di tale interfaccia, ma posso dire che l’università di pisa sta provando proprio questa strada e sarebbe l’applicazione più bella che si potrebbe fare della tecnologia. La riconfigurabilità entrerebbe in gioco per l’effetto della non perfetta ed identica alla precedente giunzione della lesione tra la giunzione superiore ed inferiore (la giunzione superiore deve campionare ed interpretare i segnali e rispararli sulla giunzione inferiore, la giunzione inferiore dovrebbe campionare i segnali provenienti dalla periferia del corpo e rispararli sulla giunzione superiore in modo da ottenere anche una retroazione).
Anche se alcune tecniche di prototipazione come la stampa 3D sono ampliamente disponibili ogni lesione, e quindi ogni interfaccia, vorrebbe la sua progettazione singolare ed unica in riferimento alla dimensione e livello della lesione, anche per questo ci vorrà ancora molto tempo prima di una realizzazione effettiva.

A parte la riconfigurabilità delle rete neurali spesso i traumi spinali sono tali da impedire qualsiasi movimento o sensazione, ma secondo me anche i medici spesso per la consueta loro formazione scientifica tendono a dire le cose come vuole l’attuale medicina scoraggiando i pazienti anche nel provare e sperimentare alcune tecniche proprio per allenare i neuroni a farli percorrere strade alternative al trauma. Anche perché sarebbe necessaria una strategia diversa per ogni paziente. (Dico questo perché Riccardo ne è l’esempio)
Infatti e purtroppo sono spesso molto singolari i casi di traumi midollo spinali da renderli quasi esclusivi e proprio per questo la realizzazione di tutori ed aiuti in genere non trova applicazioni adatte al mercato ed alla produzione della tipologia di tutori di aiuto a piccole nicchie di persone, ma pur sempre persone.

Il percorso che sta facendo Riccardo si basa sull’adattabilità in concetto generale dei neuroni anche se la sua lesione è tale da non poter muovere o sentire entrambe le gambe. La cosa che mi ha detto ad uno dei primi incontri dove io gli proponevo motori ed escoscleletri reputando impossibile che potesse migliorare ancora è : “Se faccio per un po’ di volte una cosa, mi è spesso successo di poterla rifare”. Quello che potrebbe essere un movimento dato dalla contrazione di un muscolo che per noi è banalmente attivabile per lui è molto più complesso, ma lentamente riesce a migliorare, e migliora di giorno in giorno e con lui ho capito che non importa cascare o quante volte si casca, ma come ed in quanto tempo si riesce a ritirarsi su.
Tra le tante ore passate insieme abbiamo condiviso un bel po’ di emozioni, dai primi test e prototipi  fino a vederlo sprizzare di gioia e contentezza perché eravamo arrivati ad una probabile soluzione.
Per il momento, il suo percorso per camminare, (si anche io non ci credevo) utilizza 2 tutori, uno sulla caviglia che gli mantiene a 90° piede e stinco ed uno che è una sorta di bastone a quattro piedi (da riprogettare per salire le scale ed in progress) snodabile per aiutarlo ad alzarsi in piedi ed a posizionarsi sulla singolarità di struttura che si ottiene con un angolo tra coscia e polpaccio, ovvero al ginocchio, > di 180°. Questa posizione è stabile e riesce a mantenerla senza sforzi reggendosi al bastone  a 4 piedi solo per mantenere l’equilibrio. A questo punto con una rotazione del busto porta avanti una gamba, poi il bastone a quattro piedi e poi l’altra gamba e ricomincia.
Ovviamente ci sono dei problemi che in primis abbiamo analizzato e che tramite molteplici prove stiamo cercando di risolvere. Infatti se nel portare avanti un piede trova una certa pendenza oppure un particolare ostacolo come ad esempio un ciuffo d’erba alle volte accade che il ginocchio vada ad un angolo inferiore ai 180° perdendo la singolarità di struttura e quindi la stabilità. Oltre alla caduta il risultato è un più lento apprendimento per paura di inciampare ed in ogni caso è possibile sperimentare solo su superfici particolarmente lisce.
Era necessario un nuovo tutore che stendesse ed attenuasse il comportamento del ginocchio in quelle situazioni.
Il nostro viaggio è arrivato adesso ad una svolta, dopo aver cercato di replicare in modo propocettivo (con dei motori sarebbe facile, ma non si avrebbe un apprendimento) il comportamento del quadricipite con elastici, camere d’aria tra piede e cintura ed anche con una sorta di bretelle e fasce elastiche, ed anche tramite l’ausilio di fluidi non newtoniani che si è protratto per circa 2 anni, siamo arrivati a delle specifiche molto promettenti e ad un primo prototipo funzionante.
Questo oggetto è il frutto di circa 2 anni di sperimentazione e non vedo l’ora di mandare i preventivi per realizzarlo:

ginocchiera
Ho visto su FB i commenti di altri ragazzi che adottano la stessa tecnica per camminare e quando si alzano e fanno i primi passi per la prima volta, descrivono quel momento come io non ho mai descritto niente della mia vita.

Avute le specifiche, Quello che per un ingegnere meccanico è veramente semplice da progettare o realizzare riesce a far camminare una persona ed anche se rimarrà per un utilizzo di nicchia credo che valga, almeno una volta nella vita, cimentarsi rispetto a qualsiasi altro progetto economicamente redditizio per il semplice fatto che è giusto farlo e che tutte le persone nel loro piccolo dovrebbero provare a migliorare altre vite.

Riccardo mi ha spesso detto che per me non era niente, ma per lui era tutto.

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