Microelettrodi per monitorare l'attività neurale extracellulare
Le matrici di microelettrodi (MEA) sono diventate un ottimo strumento di ricerca per studiare l'attività elettrofisiologica in vitro delle cellule eccitabili e spontaneamente attive, ad esempio i neuroni, in reti semplici. Il ricorso a vari elettrodi permette di usare contemporaneamente vari siti per la simulazione non invasiva e la registrazione extracellulare dell'attività elettrofisiologica. Nonostante un livello organizzativo semplificato, i sistemi neurobiologici ex vivo possono formare un modello fisico bidimensionale del cervello che conserva il comportamento funzionale della sua struttura tridimensionale. I percorsi elettrofisiologici ottenuti vanno da apparenti tracciati stocastici a fessurazioni organizzate, e la struttura dei singoli neuroni è fortemente influenzata dall'interazione con l'ambiente circostante. Il progetto NEUROBIT ha inteso sviluppare algoritmi e tecniche per creare un collegamento bidirezionale tra le popolazioni di neuroni coltivate in vitro e i dispositivi esterni. L'obiettivo principale era inserire i neuroni coltivati in un vero corpo fisico e dare istruzioni alla componente biologica del sistema ibrido affinché processasse l'informazione in modo orientato allo scopo. Invece di usare gli strumenti disponibili in commercio, la cui compatibilità con le tecniche sperimentali di registrazione era piuttosto limitata, Telecom Italia Learning Services SpA, partner del progetto, ha preferito sviluppare un pacchetto software specifico. Il pacchetto integra funzioni che consentono una facile personalizzazione per diversi tipi di matrici di microelettrodi e schede A/D, inclusa la trasmissione di dati con differenti protocollo e dispositivi. I cambiamenti indotti nell'attività delle rete neurale identificati come cambiamenti di parametri nelle varie fasi sperimentali, mentre le funzioni sperimentali di configurazione sono gestite da una facile interfaccia GUI (Graphical User Interface). Per ridurre la quantità di dati di base da elaborare, è sembrato opportuno sviluppare algoritmi di rilevamento del picco che permettono di estrarre distinti stati funzionali collettivi per una più approfondita analisi. L'architettura software consente all'utilizzatore di usare strutture modulari DLL (Dynamic Link Libraries) per aggiungere facilmente nuove funzionalità e nuovi algoritmi di elaborazione. Si tratta di un passo fondamentale verso la realizzazione di strumenti software complessi per il trattamento automatico in tempo reale dei dati elettrofisiologici di ampie popolazioni di neuroni.
