• amputati di arto superiore (upper limb amputees)
• microneurografia (microneurography)
• protesi bidirezionali (bidirectional prostheses)

La perdita di un arto superiore ha un impatto significativo sulla qualità della vita di un paziente amputato, che può essere mitigato attraverso l'uso di protesi moderne. Tuttavia, questi dispositivi spesso non sono ben accettati a causa del loro impatto estetico e dei problemi funzionali. In particolare, le persone amputate richiedono una maggiore naturalezza nel controllo della protesi e la presenza di un feedback sensoriale per l'uso quotidiano dell'arto artificiale. Sebbene oggi siano disponibili numerose informazioni sul controllo motorio, lo stesso non si può dire per la sensibilità tattile.
Questo studio mira ad ampliare le conoscenze sulla conduzione sensoriale nell'arto superiore umano attraverso l'analisi dei segnali provenienti dai canali nervosi periferici, al fine di progettare protesi di arto superiore che integrino il senso del tatto.
La sperimentazione è stata condotta nel laboratorio N2Lab, situato presso l'Istituto di Fisiologia Clinica del CNR di Pisa. Lo studio degli impulsi nervosi afferenti è stato condotto utilizzando la microneurografia, una tecnica che prevede l’inserimento di un microelettrodo all’interno di un nervo periferico, permettendo di esaminare il traffico neurale delle fibre nervose periferiche afferenti ed efferenti, mielinizzate e non, provenienti dai muscoli e dalla cute.
Nel nostro studio, tramite la microneurografia è stata registrata l'attività del nervo mediano a livello del polso, in soggetti adulti sani. Successivamente è stato identificato sulle dita il recettore cutaneo innervato da una singola fibra sensoriale. Il segnale nervoso afferente è stato analizzato stimolando il campo recettoriale, per circa 10 secondi, effettuando una pressione costante tramite Von Frey di peso decrescente (da 300 g a 4 g).
Grazie alla microneurografia, è stato possibile caratterizzare il tipo di recettore identificato, in base al tracciato microneurografico ed alla posizione e dimensione del campo recettoriale.
Dall'analisi dei dati, è stata riscontrata una riduzione della frequenza di risposta allo stimolo della singola fibra sensoriale al diminuire del peso dei Von Frey, particolarmente evidente per le fibre ad adattamento lento. Questo dato evidenzia la precisa sensibilità delle fibre sensoriali a variazioni anche minime degli stimoli tattili.
La codifica delle informazioni tattili attraverso una tecnica innovativa come la microneurografia potrebbe contribuire a migliorare gli attuali modelli di meccanorecettori e le tecniche di stimolazione per ripristinare, almeno parzialmente, la sensibilità tattile nei pazienti amputati. I dati ottenuti da soggetti sani contribuiranno a creare sequenze di stimolazione artificiale che consentiranno il ripristino del tatto nelle protesi di arto superiore per soggetti amputati.



The loss of an upper limb has a significant impact on an amputee's quality of life, which can be mitigated through the use of modern prostheses. However, these devices are often not well accepted due to their aesthetic impact and functional problems. In particular, amputees require greater naturalness in controlling the prosthesis and the presence of sensory feedback for daily use of artificial limb. Although extensive information is available nowadays about motor control, the same cannot be said for tactile sensitivity.
This study aims to expand knowledge about sensory conduction in the human upper limb through the analysis of signals from peripheral nerve channels, in order to design upper limb prostheses that integrate the sense of touch.
The experiment was conducted in the N2Lab laboratory, located at the CNR Institute of Clinical Physiology in Pisa. The study of afferent nerve impulses was conducted using microneurography, a technique that involves the insertion of a microelectrode inside a peripheral nerve, allowing the examination of neural traffic in peripheral afferent and efferent nerve fibres, both myelinated and unmyelinated, from muscles and skin.
In our study, microneurography was used to record median nerve activity at the wrist, in healthy adult subjects. Subsequently, the cutaneous receptor innervated by a single sensory fibre was identified on the fingers. The afferent nerve signal was analysed by stimulating the receptor field for approximately 10 seconds with constant pressure using Von Frey Hairs of decreasing weight (from 300 g to 4 g).
Using microneurography, it was possible to characterise the type of receptor identified, based on the firing pattern and the lacation and size of the receptor field.
Analysis of the data revealed a reduction in the firing rate of the single sensory fiber as the weight of Von Frey Hairs decreased, particularly evident for slow-adapting fibers. This finding highlights the precise sensitivity of sensory fibers to even small changes in tactile stimuli.
Encoding of tactile information through an innovative technique such as microneurography could help improve current models of mechanoreceptor and stimulation techniques at least partially to restore tactile sensitivity in amputees. Data obtained from healthy subjects will contribute to the creation of artificial stimulation sequences that will enable the restoration of touch in upper limb prostheses for amputees.