Bionica

ESCLUSIVA. Un impianto nel cervello e gli arti tornano a muoversi

Eccezionale ricerca per sconfiggere la paralisi dovuta alla lesione del midollo spinale

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Una nuova macchina-tecnologica-per il cervello, della Northwestern Medicine, recapiterà i messaggi direttamente dall’ encefalo ai muscoli - bypassando il midollo spinale - per consentire il movimento volontario e complesso di una mano paralizzata da anni. Il dispositivo alla fine sarà testato su pazienti gravemente atrofizzati.

"Siamo in grado di intercettare i segnali elettrici naturali del cervello che ordinano al braccio e alla mano su come muoversi, e l'invio di quei segnali direttamente ai muscoli", ha detto Lee E. Miller, the Edgar C. Stuntz Distinguished Professor in Neuroscience at Northwestern University Feinberg School of Medicine e ricercatore principale di questo importante studio.

"La connessione dal cervello ai muscoli potrebbe un giorno essere usato per aiutare i pazienti paralizzati a causa di lesioni del midollo spinale a tornare a svolgere attività della vita quotidiana e raggiungere una maggiore indipendenza." 

La ricerca è stata effettuata su scimmie, i cui segnali elettrici del cervello e muscolari sono stati registrati dagli elettrodi impiantati quando hanno afferrato un pallone, lo hanno sollevato e inserito in un piccolo tubo. Tali registrazioni hanno permesso ai ricercatori di sviluppare un algoritmo o "decoder" che ha permesso loro di elaborare i segnali del cervello e prevedere gli schemi di attività muscolare, quando le scimmie volevano muovere la palla. Questi esperimenti sono stati eseguiti dal Dr. Christian Ethier, un post-doctoral fellow , ed Emily Oby, una neo-laureata in neuroscienze, entrambi della Feinberg School of Medicine. 

Questi studiosi hanno dato alle scimmie un anestetico locale per bloccare l'attività del nervo al gomito, provocando una temporanea paralisi indolore della mano.

Con l'aiuto dei dispositivi speciali introdotti nel cervello e nel braccio – l’ insieme viene chiamato neuroprotesi- i segnali del cervello delle scimmie sono stati utilizzati per controllare piccole correnti elettriche consegnate in meno di 40 millisecondi ai loro muscoli, che ne hanno provocato la contrazione, e hanno consentito agli animali di raccogliere la palla e completare il compito quasi altrettanto bene di come hanno fatto prima. "La scimmia non sa usare la mano perfettamente, ma c'è un processo di apprendimento motorio che pensiamo sia molto simile al processo di cui si va incontro quando si impara a usare un nuovo mouse del computer o una diversa racchetta da tennis. Se le cose sono diverse si impara a regolarci in base a loro ", ha detto Miller, anche professore di fisiologia, di medicina fisica e riabilitazione nella Feinberg School of Medicine.

Poiché i ricercatori hanno calcolato la relazione tra l'attività del cervello e l'attività muscolare, la neuroprotesi può davvero sentire e interpretare una varietà di movimenti che una scimmia può voler fare, abilitandola teoreticamente a eseguire una serie di movimenti manuali volontari.

 " Attualmente il controllo volontario della mano della scimmia non è possibile con le protesi cliniche di oggi, "ha confermato Miller. 

Questa innovazione scientifica-tecnologicasarà una delle protesi più utilizzabili dai pazienti paralizzati da lesioni del midollo spinale, a patto che tali pazienti possano ancora muovere le spalle: una scrollata di spalle verso l'alto stimola gli elettrodi e permettono alla mano di stringere; una scrollata di spalle verso il basso stimolano i muscoli a aprire la mano. 

Il paziente sarà anche capace di stabilire se utilizzare la protesi grazie a una presa sicura e potente nella quale tutte le dita saranno semichiuse verso un oggetto come un bicchiere di vetro, o una presa più leggera sottointesa dal pollice e dall’indice nella eventualità di prendere un oggetto tipo una penna.

Nel nuovo sistema, Miller e la sua squadra, hanno disegnato un piccolo impianto chiamato multi-elettrodocapace di rilevare l'attività di circa 100 neuroni nel cervello e fungere da interfaccia tra il cervello e un computer che decifra i segnali che generano i movimenti delle mani . 

"Possiamo estrarre una notevole quantità di informazioni da soli 100 neuroni, anche se ci sono letteralmente un milione di neuroni coinvolti nella produzione di quel movimento," ha spiegato il Dr. Miller. " Una ragione è che questi sono neuroni di produzione che normalmente la spinta dell'onda segnala ai muscoli. Dietro questi neuroni ve ne sono molti altri che stanno facendo i calcoli che il cervello ha bisogno per controllare il movimento. Stiamo guardando il risultato finale di tutti questi calcoli".