Un innovativo sistema neurorobotico indossabile, che fonde esoscheletri flessibili e neurostimolazione elettrica, sta riscrivendo le regole del supporto tecnologico in ambito neurologico, permettendo ai pazienti di ripristinare – in modo temporaneo – non solo la mobilità della mano, ma anche la percezione tattile, essenziale per le attività quotidiane, come afferrare, mangiare, vestirsi, o provvedere alla propria igiene personale. Dopo un danno al sistema nervoso centrale, i deficit motori e sensoriali della mano spesso persistono e la riabilitazione convenzionale può apportare miglioramenti, ma non sempre consente un recupero sufficiente della funzionalità. Per questo, l’assistenza è fondamentale e dispositivi indossabili per la stimolazione elettrica possono fare la differenza.

Una ricerca guidata dall’Università di Medicina di Vienna, in collaborazione con l’ETH di Zurigo, l’Università Tecnica di Monaco e la Facoltà di Medicina di Belgrado, ha dimostrato che l’integrazione di stimolazione neurale ed esoscheletri “soft” offre benefici superiori rispetto al solo ausilio meccanico a chi ha subito lesioni al sistema nervoso centrale.

Verso nuove tecnologie assistive

Andrea Cimolato, ricercatore post-dottorato alla MedUni di Vienna e autore principale dello studio pubblicato su Science Advances, spiega che il cuore della scoperta risiede nella riconnessione tra comando motorio e feedback sensoriale. «Il principio neurofisiologico è semplice. Io mando un comando motorio e la mia parte sensoriale realizza cosa sta succedendo, inviando messaggi al cervello per controllare il movimento in tempo reale». È questo ciclo continuo di “percepisco, adatto, muovo” che definisce il controllo motorio umano e che il nuovo sistema, denominato “SensoExo“, cerca di ripristinare integrando le due componenti.

SensoExo è un sistema sviluppato per assistere le persone con disturbi sensomotori della mano. Combina un esoscheletro della mano indossabile con una “manica” per la neurostimolazione personalizzata che stimola nervi e muscoli specifici nell’avambraccio. I sensori sulle dita rilevano il tocco e la presa e traducono queste informazioni in stimolazione elettrica, fornendo all’utente un feedback tattile.

L’uovo virtuale e il paradosso della forza bruta

Spesso, quando si affrontano traumi neurologici come ictus o lesioni midollari, l’attenzione clinica si concentra sulla perdita di movimento, trascurando un elemento altrettanto invalidante: la perdita del tatto. Senza la percezione sensoriale, anche un’azione banale come afferrare un uovo diventa una sfida impossibile. Per dimostrare l’importanza di questo feedback, il team di ricerca ha utilizzato un “uovo virtuale”, un dispositivo sviluppato dalla Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa che simula la fragilità dell’oggetto reale.

Cimolato sottolinea che, in assenza di tatto, la tendenza naturale del paziente è quella di stringere il più forte possibile per evitare che l’oggetto scivoli, finendo inevitabilmente per romperlo. «Il segnale sensoriale entra in gioco proprio qui, aiutandoci a controllare la forza che stiamo applicando». Questo principio si applica a innumerevoli compiti nella vita quotidiana: se si prova a bere da una bottiglia d’acqua senza feedback, si rischia che questa scivoli via o, al contrario, venga deformata con una pressione eccessiva perché non “si sente” la compliance dell’oggetto.

Soft robotics: la tecnologia che si indossa

Il sistema SensoExo segna un punto di svolta anche nell’ingegneria dei materiali, prediligendo i “soft exoskeletons” (dispositivi robotici indossabili, simili a tute o corpetti) ai modelli rigidi tradizionali. Mentre gli esoscheletri “hard” sono eccellenti per la riabilitazione clinica – dove il robot deve sostenere l’intero peso del paziente e guidarlo in movimenti precisi – la loro rigidità e l’ingombro dei motori li rendono difficili da usare fuori dall’ospedale.

«Dobbiamo dare la possibilità di utilizzare questi robot nelle attività quotidiane, riducendo l’ingombro e il peso», afferma Cimolato, descrivendo l’integrazione della tecnologia in guanti o zaini leggeri controllati da cavi flessibili. Esiste però una sfida tecnica: miniaturizzare i motori significa ridurne la potenza. Se un motore piccolo non ha abbastanza forza per contrastare una spasticità severa – quella rigidità muscolare costante che tiene il pugno forzatamente chiuso – il supporto meccanico da solo fallisce. Qui interviene la sinergia: il sistema stimola elettricamente i muscoli nella stessa direzione del robot, agendo come un “motore naturale” che potenzia l’azione meccanica.

Oltre il pugno chiuso: vincere la spasticità con il bypass neurale

Nelle lesioni del sistema nervoso centrale, come quelle midollari o cerebrali, i muscoli ricevono spesso comandi neurali errati che portano alla contrazione involontaria. L’idea di Cimolato e del suo team (il progetto è stato ideato dal professore Stanisa Raspopovic) è stata quella di utilizzare la stimolazione elettrica funzionale per “sovrascrivere” questi comandi.

Attraverso una manica dotata di elettrodi, il sistema attiva i muscoli dell’avambraccio proprio nel momento in cui l’esoscheletro inizia il movimento di apertura o chiusura. «Andiamo a stimolare direttamente i muscoli per aiutare i motori», spiega Cimolato, sottolineando come questa integrazione permetta di superare le resistenze fisiche della spasticità che un piccolo esoscheletro “soft” non riuscirebbe a vincere da solo. Questo approccio non solo facilita il movimento, ma riduce lo sforzo richiesto al paziente, rendendo il gesto più fluido e naturale rispetto alla sola assistenza meccanica passiva.

Riaccendere i circuiti del sistema nervoso centrale

Uno degli aspetti più complessi della ricerca riguarda la natura del trauma centrale rispetto a quello periferico.

Cimolato ricorre a una metafora informatica: nelle neuropatie periferiche, come quelle causate dal diabete, il problema è nei “sensori” che raccolgono il segnale tattile. Nelle lesioni neurologiche, invece, è danneggiato il “computer” (il cervello) o il “cavo principale” (il midollo): i sensori cioè possono funzionare, ma è compromessa la rete che trasmette ed elabora l’informazione. All’inizio si pensava che stimolare i nervi fosse inutile se la centralina di ricezione era compromessa. «In realtà sembrerebbe che non tutto il computer sia rotto – osserva il ricercatore – ma che alcune connessioni siano solo compromesse». In altre parole, i risultati suggeriscono che molte connessioni centrali, pur danneggiate, sono ancora in grado di elaborare gli stimoli, se questi vengono forniti nel modo corretto.

Sovraccaricando queste linee di comunicazione, il cervello ricomincia a percepire sensazioni che i pazienti descrivono come vibrazioni o pressione. Fondamentale è che queste sensazioni siano “somatotipiche”, ovvero percepite esattamente dove lo stimolo è applicato, come la punta delle dita, invece di essere “rimappate” in altre zone, come la spalla. Grazie alla natura intuitiva di queste sensazioni, il paziente non ha più bisogno di lunghi allenamenti per decodificare segnali artificiali complessi.

Il sistema funziona attraverso un sensore di pressione sull’esoscheletro che traduce la forza esercitata durante la presa in una carica elettrica proporzionale: all’aumentare della carica, il paziente avverte una sensazione più intensa, riuscendo così a calibrare con precisione la forza necessaria per afferrare l’oggetto.

La sfida della precisione: verso una clinica dell’oggettività

La personalizzazione dell’intervento rimane tuttavia il “sacro graal” della neurorobotica. Attualmente, la clinica si affida a scale come la Fugl-Meyer o l’ASIA score, che Cimolato definisce critiche perché parzialmente soggettive e dipendenti dalla esperienza del medico. Per validare una nuova tecnologia, è necessario confrontarsi con questi standard, ma il team sta lavorando per creare indici oggettivi, come il raggio di movimento effettivo delle dita misurato dai sensori.

Nello studio clinico che ha coinvolto 14 pazienti con funzionalità della mano compromessa da lesioni neurologiche, la tecnologia ha supportato la mobilità delle dita, la percezione tattile e il controllo della presa. Il sistema è stato modulato sul profilo di ciascuno: chi aveva deficit motori gravi ha beneficiato maggiormente del supporto muscolare, mentre chi aveva perdite sensoriali ha sfruttato il feedback tattile per manipolare oggetti fragili.

Orizzonte Neuralink e oltre: il futuro è un ventaglio di possibilità

«Non c’è una soluzione che vada bene per tutti», precisa Cimolato, prevedendo un futuro in cui esisterà un ventaglio di tecnologie specifiche per diverse popolazioni di pazienti, dagli anziani con traumi lievi ai casi più severi.

Guardando al domani, il ricercatore riflette sull’impatto mediatico di realtà come Neuralink. Sebbene abbiano il merito di aver acceso i riflettori sulle interfacce neurali (leggi qui l’intervista a Silvestro Micera), Cimolato avverte che le soluzioni chirurgiche invasive non sono per tutti. «Chiedere a una persona con un trauma leggero o un anziano di sottoporsi a un’operazione cerebrale è difficile». Per queste persone, indossare una manica tecnologica è molto più “persuasivo” e sicuro. La strada verso la commercializzazione del SensoExo richiede però ancora passi avanti nella miniaturizzazione e, soprattutto, nell’automazione della calibrazione. Attualmente è un prototipo e non un dispositivo medico pronto per l’uso quotidiano.

Al momento, regolare i parametri della corrente richiede la presenza di un tecnico: «c’è un grande sforzo per creare algoritmi di calibrazione automatica», conclude Cimolato, sottolineando l’obiettivo di rendere questi dispositivi semplici da indossare come una camicia la mattina, restituendo finalmente autonomia a chi convive con una lesione neurologica.