iRehab
Empecemos con una imagen un poco extraña: un hombrecito calvo, con boca enorme, pies pequeños y manos tan grandes que ocupan casi la mitad de su cuerpo. Es tan desproporcionado, que solo el pulgar de su mano tiene el tamaño del pie completo. Se trata del homúnculo motor, una representación creada en los años cincuenta del siglo pasado por el neurocientífico estadounidense Wilder Penfield para indicar qué tanta corteza cerebral está dedicada a mover una zona específica del cuerpo.
Así, es evidente que abrir la mano o levantar el pulgar requiere muchísimas más conexiones eléctricas que, por ejemplo, mover el pie. Esta figura revela la fascinación por estudiar esos enlaces, o al menos fue lo que experimentó Catalina Alvarado Rojas, profesora del Departamento de Ingeniería Electrónica de la Pontificia Universidad Javeriana y doctora en neurociencias, quien compara la mano con una autopista llena de túneles y puentes donde los músculos, tendones y ligamentos se entrecruzan, lo que le exige al cerebro mayor esfuerzo para controlarla.
Ahora, ¿qué pasaría en casos en los que esos circuitos no funcionan del todo bien? Alvarado ha dedicado gran parte de su carrera científica a entender qué ocurre en el cuerpo cuando hay un ataque cerebrovascular (ACV) —que es básicamente un bloqueo o una ruptura en las arterias que llevan sangre al cerebro—. Lo que encontró es que, debido a la compleja arquitectura de la mano, del 80 % de las personas con ACV y, en consecuencia con movilidad limitada, y solo el 60 % recupera la funcionalidad de su mano.
Para ofrecer soluciones a ese daño fisiológico nace iRehab, un sistema inteligente de rehabilitación desarrollado en la Universidad Javeriana, el cual, con un exoesqueleto (una especie de carcasa puesta sobre la mano), sensores, inteligencia artificial y realidad aumentada, traduce los impulsos eléctricos del músculo y el cerebro en movimientos, como explica Julián Colorado, doctor en robótica y uno de los investigadores principales del proyecto.
¿Cómo funciona este dispositivo? Tras un ACV, muchas veces el cerebro sigue enviando señales, pero, debido a que hay una lesión física en los tejidos, esta señal llega alterada. Por ello, aunque el paciente piense en mover la mano, la señal no logra traducirse en una acción real.
Es ahí cuando entra iRehab: se conectan unos electrodos sobre el cuero cabelludo, para medir los impulsos eléctricos del cerebro, y unos sensores sobre el brazo, para captar la actividad eléctrica de los músculos. Esta información viaja a un microprocesador que utiliza inteligencia artificial para analizar los datos en tiempo real y permitir que el exoesqueleto responda cuando hay intención de mover los dedos de la mano. “El exoesqueleto lee la intención del movimiento incluso antes de que el músculo se mueva”, puntualiza Alvarado. Si el sistema detecta la fuerza suficiente para actuar, no interviene, pero si percibe fatiga, ajusta automáticamente la velocidad y la fuerza para completar la acción.
Esto ayuda a la neuroplasticidad, un principio fundamental en rehabilitación que le permite al cerebro crear nuevas rutas de comunicación para recuperar el movimiento perdido.
Según La Organización Mundial de La Salud (OMS), cada año alrededor de 15 millones de personas sufren un ACV, de las cuales 6,5 millones fallecen y 5 millones quedan con discapacidades permanentes.
Innovación para rehabilitar la mano
Todo empezó en 2014, con una tesis. Carolina Castiblanco cursaba su doctorado en Ingeniería en la Universidad Javeriana y, como tenía personas cercanas que habían sufrido ACV, decidió abordar este tema en su trabajo de grado. Bajo la guía de Julián Colorado, actualmente director del Departamento de Ingeniería Electrónica de la Universidad —y, más adelante, con la integración de Alvarado (investigadora principal) y otros investigadores en neurología, neurociencias, robótica, biomecánica e ingeniería— el proyecto empezó a tomar forma.
Hasta ahora han publicado alrededor de 15 artículos científicos y formado estudiantes de pregrado, maestría y doctorado; recibieron financiación del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación; y se han aliado con Intellectus Centro de Memoria y Cognición, del Hospital Universitario San Ignacio, y con científicos de la Universidad de la Florida, en Estados Unidos, entre otros.
Todo esto les ha permitido evolucionar en el prototipo. Por ejemplo, en cuanto al componente de monitoreo en tiempo real que se hace con inteligencia artificial, los especialistas pueden ingresar a una aplicación móvil para evaluar el proceso de rehabilitación del paciente. “El exoesqueleto busca acelerar el proceso de rehabilitación, no reemplazarlo. Un fisioterapeuta no sabe qué está pasando en el cerebro del paciente en un momento preciso”, pero, cuando este usa el exoesqueleto, “puedo ver qué región se está activando, cuál paciente funciona mejor y, con base en eso, tomar decisiones”, agrega Colorado.
iRehab, un sueño que se construye paso a paso
Colorado recuerda con fascinación la primera vez que vio el prototipo en funcionamiento: en su clase, la mirada curiosa de sus estudiantes lo rodeaba en aquel laboratorio mientras se ponía los electrodos y el exoesqueleto. “Eso es magia”, pensó, tan pronto el dedo que quería que se agitara se movió. Pero en el fondo, tenía claro que se trataba de la suma del conocimiento interdisciplinar y de las incontables horas de pruebas, ensayos, experimentación y comunicación.
Ambos investigadores sueñan con que esta tecnología sea de fácil acceso para todos y también “vestible”, es decir que, así como se usa un reloj inteligente en las mañanas para medir pulsaciones cardiacas durante el ejercicio, un paciente pueda usar esta tecnología como si fuera un guante.
Ahora trabajan en un prototipo más ergonómico y liviano. En vez de plásticos rígidos, usan materiales como silicona, polímeros y telas, de forma que el exoesqueleto se sienta como una segunda piel y aporte mayor flexibilidad en movimientos finos, como tejer, tocar el piano o cocinar. Incluso han desarrollado sensores que se pegan a la piel como tatuajes para medir las señales musculares de forma casi imperceptible.
El principal aprendizaje del equipo es que la rehabilitación va más allá de lo fisiológico y muscular: mantener el cerebro activo acelera el progreso del paciente. Otra lección es que combinar robótica con entornos virtuales inmersivos puede aumentar la eficiencia de la rehabilitación en un 35 %, en promedio. Las terapias convencionales suelen ser monótonas, repetitivas y, en ocasiones, dolorosas, lo que provoca que muchos pacientes se desmotiven cuando no perciben avances inmediatos. Con juegos de realidad virtual, iRehab busca que los pacientes, al entretenerse, potencien la neuroplasticidad y engañen positivamente al cerebro.
“El siguiente paso es tener un prototipo clínicamente validado”, señala Colorado y agrega que quizá la transferencia de esta tecnología podría verse reflejada en una spin off —empresa de base tecnológica o científica—. Sin embargo, el camino ha tenido sus retos. Uno de los principales ha sido integrar la investigación en el día a día de los hospitales. Por el momento, el equipo ha validado su tecnología principalmente con sujetos sanos, ya que pasar a la experimentación con pacientes exige cumplir con protocolos éticos que requieren mayor tiempo y otros procesos investigativos.
Del 80 % de las personas que sufre un ACV y pierde la movilidad de su mano, el 60 % de los casos la recuperan.
Ahora el equipo se prepara para la siguiente etapa: presentar los avances progresivos ante el comité de ética. Una tarea que, Alvarado aclara, no podrán hacer solos desde Ingeniería, sino que requieren el apoyo médico. En las próximas mediciones esperan pasar de la fase preclínica, en la que se encuentran, a la demostración del prototipo, lo que en un proceso de transferencia de tecnología se conoce como fase TRL 6, que permite probar el prototipo en un entorno relevante.
Así, cada vez están más cerca de llegar a los usuarios para los que pensaron este equipo de rehabilitación. Alvarado concluye: “Si realmente lo pueden usar personas en su casa, yo me sentiría más que bien servida”, un estímulo para esta investigadora que ha dedicado gran parte de su carrera a comprender la complejidad de la mano.
El hombrecito calvo imaginado por aquel neurocientífico estadounidense hacia 1950 es para ella un recordatorio de cómo cada tendón, ligamento, músculo y hueso se articulan perfectamente con el cerebro para permitir movimientos tan finos como los que a diario el cuerpo desarrolla sin darse cuenta. Por eso, para la profesora javeriana, iRehab no es solo una “carcasa” robótica, es la posibilidad de que los pacientes recuperen su autonomía: que puedan volver a hacer tareas cotidianas como comer, bañarse o vestirse sin depender de alguien.
TÍTULO DE LA INVESTIGACIÓN: iReHab: sistema inteligente de rehabilitación usando un exoesqueleto robótico para recuperar la habilidad motora en discapacidades post-ACV, considerando señales biológicas del paciente
INVESTIGADORES PRINCIPALES: Julián D. Colorado, Catalina Alvarado Rojas
COINVESTIGADORES: Ángela María Isaza Castaño, Diego Méndez Chaves, Iván Fernando Mondragón Bernal
Departamento de Ingeniería Electrónica
Facultad de Ingeniería
Pontificia Universidad Javeriana
PERIODO DE LA INVESTIGACIÓN: 2022-2025
