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È possibile recuperare il movimento della gamba usando un’innovativa interfaccia neurale

Tre progetti finanziati dall’UE – NEUWALK, WALK AGAIN e E-WALK – hanno contribuito allo sviluppo di un’“interfaccia cerebro-spinale” wireless che aggira le lesioni del midollo spinale e recupera i movimenti intenzionali della camminata in una gamba temporaneamente paralizzata.
È possibile recuperare il movimento della gamba usando un’innovativa interfaccia neurale
Lo studio, recentemente pubblicato sulla rivista “Nature”, è stato svolto da scienziati e neuro ingegneri nell’ambito di una collaborazione coordinata dall’Ecole Polytechnique Federal Lausanne, Svizzera (coordinatore dei progetti WALK AGAIN e E-WALK), insieme alla Brown University, USA, al Fraunhofer ICT-IMM, Germania (coordinatore del progetto NEUWALK) e Medtronic. Il lavoro si basa su tecnologie sviluppate presso la Brown e testate in collaborazione con l’Università di Bordeaux, Motac Neuroscience e l’Ospedale universitario di Losanna.

“Il sistema che abbiamo sviluppato usa segnali registrati dalla corteccia motoria del cervello per iniziare una stimolazione elettrica coordinata dei nervi nella spina dorsale responsabili della locomozione,” ha commentato David Borton, professore assistente di ingegneria alla Brown, uno degli autori principali dello studio. Il sistema è stato testato su due macachi, si spera che un sistema simile sarà presto progettato per esseri umani con lesioni al midollo spinale.

L’abilità di camminare è resa possibile da una complessa interazione tra neuroni nel cervello e nel midollo spinale, dove i segnali elettrici originati nella corteccia motoria del cervello viaggiano verso la regione lombare della parte bassa della spina dorsale. Lì attivano i neuroni motori che coordinano il movimento dei muscoli responsabili dei movimenti di estensione e flessione della gamba. Una lesione della parte alta della spina dorsale può interrompere la comunicazione tra il cervello e la parte bassa della spina dorsale, questo significa che i neuroni della corteccia motoria e i neuroni spinali non possono coordinarsi, il che causa la perdita della capacità di camminare.

Il nuovo sistema ha usato un elettrodo delle dimensioni di una pillola impiantato nel cervello per registrare segnali della corteccia motoria e un neurosensore wireless che invia i segnali raccolti dal chip del cervello, in modalità wireless, a un computer che li decodifica e li invia nuovamente, sempre in modalità wireless, a uno stimolatore spinale elettrico impiantato nella zona lombare della colonna vertebrale, sotto la zona lesa. Questa stimolazione elettrica, somministrata secondo gli schemi coordinati dai segnali decodificati del cervello, invia segnali ai nervi spinali che controllano la locomozione.

Per calibrare la decodificazione dei segnali cerebrali, il sensore cerebrale e il trasmettitore wireless sono stati impiantati in macachi sani. I segnali trasmessi dal sensore potevano essere quindi mappati nei movimenti delle zampe dell’animale, dimostrando così che il decodificatore poteva prevedere con precisione gli stati del cervello associati all’estensione e alla flessione dei muscoli della zampa. Mettendo insieme le loro conoscenze su come i segnali del cervello influenzano la locomozione con mappe spinali, i ricercatori hanno poi testato tutto il sistema su due macachi con lesioni che si estendevano su metà del midollo spinale nella colonna vertebrale toracica. Quando il sistema è stato attivato durante un periodo nel quale gli animali non avevano alcun controllo della zampa colpita, questi hanno cominciato a muovere spontaneamente le zampe camminando su un tapis roulant. Facendo un confronto con animali sani si è visto che i macachi che avevano una lesione, con l’aiuto della stimolazione controllata dal cervello, erano in grado di produrre una locomozione quasi normale.

“Il fatto che questa procedura sia wireless ci permette di mappare l’attività neurale in contesti normali e durante un comportamento normale,” dice Borton. “Se veramente abbiamo intenzione di sviluppare neuroprotesi che un giorno potranno essere usate per aiutare pazienti umani in attività quotidiane, queste tecnologie di registrazione non collegate saranno fondamentali.”

Guardando avanti, adesso c’è la speranza che un sistema simile venga sviluppato per gli esseri umani, ci sono però ancora degli ostacoli da superare. Anche se questo studio è riuscito a usare i segnali che partono dal cervello per andare al midollo spinale, il sistema sviluppato non può riportare informazioni sensoriali al cervello. Il team inoltre non ha potuto testare quanta pressione gli animali riuscivano ad applicare alla zampa colpita.

“C’è un detto nel campo della neuroscienza secondo cui i circuiti che si stimolano insieme rimangono collegati insieme,” ha commentato Borton. “L’idea è che impegnando insieme il cervello e il midollo spinale, potremmo essere in grado di promuovere la crescita di circuiti durante la riabilitazione. È questo uno dei principali obiettivi di questo lavoro e uno degli obiettivi di questo settore in generale.”

Per maggiori informazioni, consultare:
Sito web del progetto NEUWALK
Pagina del progetto E-WALK su CORDIS
Pagina del progetto WALK AGAIN su CORDIS

Fonte: Sulla base di segnalazioni dei media

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Numero di registrazione: 126669 / Ultimo aggiornamento: 2016-11-16
Categoria: Nuovi prodotti e tecnologie
Fonte: ec