Un impianto cerebrale innovativo potrebbe migliorare il trattamento del Parkinson
Un nuovo impianto intelligente che "ascolta" i segnali cerebrali potrebbe aiutare a curare l'epilessia e altre condizioni neurologiche, come il morbo di Parkinson.
I medici usano la neurostimolazione per trattare varie condizioni, tra cui l'epilessia, gli effetti dell'ictus e persino la depressione. Questo trattamento prevede l'utilizzo di dispositivi speciali che inviano impulsi elettrici per controllare l'attività del cervello e del sistema nervoso centrale.
A volte i medici utilizzano questa tecnica anche per migliorare i sintomi del morbo di Parkinson, una condizione neurologica che influisce sull'equilibrio fisico e sulla capacità di muovere o coordinare il movimento degli arti.
Tuttavia, i dispositivi neurostimolatori attualmente disponibili per il trattamento delle condizioni neurologiche non sono in grado di stimolare l'attività cerebrale e contemporaneamente di registrarla.
Ora, gli specialisti dell'Università della California (UC), Berkeley, hanno sviluppato un nuovo e sofisticato neurostimolatore che sembra in grado di raggiungere questo obiettivo. Potrebbe avere il potenziale per migliorare il trattamento dell'epilessia, del morbo di Parkinson e di altre condizioni.
Il team di ricerca ha chiamato questo dispositivo "WAND", che sta per "dispositivo di neuromodulazione senza artefatti wireless". WAND ha due minuscoli controller esterni, ciascuno dei quali monitora 64 elettrodi che si trovano nel cervello.
Questo dispositivo può monitorare l'attività elettrica nel cervello e imparare a identificare segnali anomali che indicano la presenza di una crisi o tremori. WAND può quindi aiutare a modulare i segnali elettrici nel cervello per prevenire tali eventi e sintomi.
A differenza di dispositivi simili esistenti, che possono registrare solo l'attività elettrica da un massimo di otto punti nel cervello, WAND può monitorare l'attività da 128 canali diversi.
Il nuovo dispositivo è efficiente in termini di costi e tempi
Nel loro documento di studio, che la rivista Ingegneria biomedica della natura ha pubblicato, i ricercatori fanno notare che, in futuro, WAND potrebbe potenzialmente aiutare a migliorare la vita delle persone che hanno convulsioni o convivono con varie condizioni neurologiche.
"Il processo per trovare la terapia giusta per un paziente è estremamente costoso e può richiedere anni", spiega l'assistente professore Rikky Muller, uno dei ricercatori.
“Una significativa riduzione sia dei costi che della durata può potenzialmente portare a risultati e accessibilità notevolmente migliorati. Vogliamo consentire al dispositivo di capire qual è il modo migliore per stimolare un dato paziente a fornire i migliori risultati. E puoi farlo solo ascoltando e registrando le firme neurali ".
Rikky Muller
Muller e il team hanno testato WAND in un modello animale, utilizzando macachi rhesus per mostrare come il dispositivo può imparare a riconoscere i segnali cerebrali per movimenti specifici del braccio e come può quindi agire su quegli stessi segnali.
Nei loro recenti esperimenti, i ricercatori hanno insegnato ai macachi con impianti WAND a utilizzare un joystick per inviare cursori sullo schermo a posizioni designate.
Dopo un po ', i dispositivi impiantati hanno imparato a rilevare i segnali neurali che corrispondevano ai movimenti della mano dei macachi. Una volta identificati questi schemi, sono stati in grado di inviare segnali elettrici che hanno ritardato i movimenti della mano.
"Anche se ritardare il tempo di reazione è qualcosa che è stato dimostrato in precedenza, questa è, per quanto ne sappiamo, la prima volta che è stato dimostrato in un sistema a circuito chiuso basato solo su una registrazione neurologica", afferma Muller.
"In futuro, miriamo a incorporare l'apprendimento nella nostra piattaforma a circuito chiuso per costruire dispositivi intelligenti in grado di capire come trattarti al meglio ed evitare che il medico debba intervenire costantemente in questo processo", aggiunge.
La doppia attività WAND può aumentare il trattamento
I ricercatori spiegano che i dispositivi neurostimolatori attualmente disponibili non sono in grado di rilevare i segnali elettrici distintivi nel cervello mentre modulano anche tali segnali.
Ciò, notano, è dovuto al fatto che gli impulsi elettrici che il neurostimolatore emette "oscurano" i segnali cerebrali originali, rendendoli così praticamente non rilevabili.
"Al fine di fornire terapie basate sulla stimolazione a circuito chiuso, che è un grande obiettivo per le persone che trattano il Parkinson e l'epilessia e una varietà di disturbi neurologici, è molto importante eseguire contemporaneamente registrazioni neurali e stimolazione, che attualmente non è un singolo dispositivo commerciale ", dice la coautrice dello studio Samantha Santacruz, in precedenza ricercatrice presso l'UC Berkeley e ora assistente professore presso l'Università del Texas ad Austin.
A differenza di altri neurostimolatori, i dispositivi WAND hanno un design unico con circuiti integrati personalizzati che sono in grado di registrare i sottili segnali elettrici che il cervello emette mentre invia anche impulsi più forti per "correggere" segnali difettosi.
Grazie a WAND, "[b] poiché possiamo effettivamente stimolare e registrare nella stessa regione del cervello, sappiamo esattamente cosa sta succedendo quando stiamo fornendo una terapia", osserva Muller.
