The crossmodal congruency task as a measure of intuitiveness of sensory feedback in the lower limb

Planteamiento del Problema
Las personas con amputaciones de miembros inferiores sufren déficits funcionales, incluyendo alteraciones en el equilibrio y la marcha, debido a la pérdida de la retroalimentación somatosensorial de sus prótesis. Si bien los avances neuroprotésicos mediante la estimulación eléctrica de los nervios del miembro residual o de la médula espinal pueden restaurar las sensaciones, estas sensaciones evocadas suelen ser no intuitivas (por ejemplo, un hormigueo parestésico en lugar de un tacto natural). Para maximizar la eficacia de estos dispositivos, las sensaciones restauradas deben ser intuitivas e integrarse de manera fluida en la red sensorimotora. Sin embargo, cuantificar la "intuitividad" de estas sensaciones evocadas sigue siendo un desafío significativo. La investigación actual depende en gran medida de calificaciones subjetivas de "naturalidad", las cuales son altamente variables y no necesariamente reflejan qué tan bien se integra una sensación con las vías perceptivas que gobiernan el rendimiento motor. Aunque se ha propuesto la tarea de Efecto de Congruencia Crossmodal (CCE, por sus siglas en inglés) como una métrica objetiva para la integración multisensorial en amputados de miembros superiores, su viabilidad y validez para evaluar la retroalimentación sensorial en el miembro inferior no han sido establecidas.

Metodología
Este estudio tuvo como objetivo validar la tarea CCE como una medida de la intuitividad de la retroalimentación sensorial en el miembro inferior utilizando quince participantes sanos. El diseño experimental comparó dos modalidades sensoriales:

1. Estimulación Táctil Neumática: Entregada a través de un sistema Galileo, reclutando fibras de tipo 1 de adaptación lenta, de adaptación rápida y fibras PC para imitar la indentación cutánea natural y los cambios de presión.
2. Estimulación Eléctrica: Entregada a través de un estimulador DS8R, reclutando poblaciones de fibras aferentes de forma simultánea.

Los estímulos se aplicaron en dos ubicaciones anatómicas: la rodilla (muslo medio) y el pie (dorso del pie). Para asegurar comparaciones válidas, el estudio implementó varias medidas de control:

• Igualación de Intensidad: Las amplitudes de los estímulos eléctricos se ajustaron para cada participante y ubicación hasta que la intensidad percibida coincidiera con el estímulo neumático fijo.
• Control de Tiempo de Reacción Visual: Una prueba preliminar confirmó que los tiempos de reacción visual no se vieron significativamente afectados por las diferentes distancias a los LEDs de la rodilla y el pie.
• Sincronización: Los retrasos del hardware fueron medidos y compensados para asegurar que los estímulos objetivo (somatosensorial) y distractor (visual) estuvieran sincronizados en <1 ms.

La Tarea CCE: Los participantes realizaron una tarea de respuesta rápida donde identificaban verbalmente la ubicación de un objetivo somatosensorial (rodilla o pie) mientras ignoraban un distractor visual (LED) simultáneo.

• Ensayos Congruentes: El objetivo y el distractor aparecían en la misma ubicación.
• Ensayos Incongruentes: El objetivo y el distractor aparecían en ubicaciones diferentes.
• Métricas: El resultado primario fue el Tiempo de Reacción de Congruencia Crossmodal ($CCERT$), definido como la diferencia entre el tiempo de reacción en los ensayos incongruentes y los congruentes. Un $CCERT$ más alto indica una mayor integración multisensorial (y, por lo tanto, teóricamente, una mayor intuitividad). Las métricas secundarias incluyeron tasas de error ($CCE_{Error}$) y análisis de potencia de banda de EEG (bandas Delta y Theta) en la región parietal.

Resultos Clave

• Diferenciación de Modalidades: La tarea CCE logró diferenciar entre los estímulos neumáticos y eléctricos en la rodilla. Específicamente, 14 de 15 participantes exhibieron un $CCERT$ más alto para los estímulos neumáticos en comparación con los eléctricos, lo que respalda la hipótesis de que los estímulos neumáticos se integran de manera más intuitiva.
• Dependencia de la Ubicación: Esta diferenciación no se observó en el pie. Los resultados en el pie fueron inconsistentes, con solo 3 participantes mostrando un $CCERT$ más alto para los estímulos neumáticos y 5 mostrando la tendencia opuesta.
• Variabilidad Individual: Se presentaron puntuaciones de CCE significativas en solo el 67% de los participantes en general. El efecto no fue consistente en ambas modalidades de estímulo para el mismo individuo, lo que sugiere una alta variabilidad intersujeto.
• Correlación con la Naturalidad: No hubo una correlación significativa entre las puntuaciones de $CCERT$ y las calificaciones de naturalidad subjetiva. Esto indica que la puntuación de CCE no es un indicador directo de la naturalidad percibida.
• Hallazgos de EEG: El análisis de EEG reveló variabilidad en los biomarcadores corticales. Si bien los ensayos incongruentes mostraron una mayor potencia parietal en las bandas Delta y Theta en la rodilla (consistente con la literatura previa), el pie mostró el patrón opuesto, aunque estas diferencias no fueron estadísticamente significativas en todo el grupo.
• Fatiga y Tiempo de Reacción: No se encontró una correlación significativa entre los niveles de fatiga o la variabilidad del tiempo de reacción basal y las puntuaciones de $CCERT$.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo concluye que, si bien la tarea CCE muestra potencial como medida de la integración multisensorial para el miembro inferior, su aplicación actualmente está limitada por inconsistencias específicas de la ubicación y una falta de correlación con la naturalidad subjetiva.

• Validación Modesta: El estudio valida el paradigma CCE para la rodilla, pero destaca que este no se generaliza al pie bajo las condiciones experimentales actuales.
• Limitaciones de la Métrica: Los autores afirman que la puntuación de CCE no es simplemente un indicador de las calificaciones de "naturalidad", ya que ambas medidas no se correlacionaron.
• Análisis Individual vs. Grupal: El estudio enfatiza que, para aplicaciones neuroprotésicas, el análisis a nivel individual es crítico, ya que el promedio grupal puede ocultar el hecho de que el efecto CCE está ausente en una parte significativa de los individuos.
• Requisitos Futuros: Los autores sostienen que, antes de que la tarea CCE pueda implementarse para medir la intuitividad en amputados de miembros inferiores, se deben comprender y controlar mejor los factores externos que afectan al CCE (como la distancia espacial entre el objetivo y el distractor, las diferencias en la agudeza espacial entre regiones corporales y los mecanismos de conflicto de respuesta). El documento no pretende que el CCE sea la solución definitiva, sino una herramienta que requiere mayor desarrollo y validación para el uso en extremidades inferiores.