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Il nuovo sistema EEG con elettrodi a secco per la ricerca sul cervello

L’elettroencefalografia (EEG) multicanale è un metodo consolidato per lo studio della funzione del cervello umano. Un gruppo di ricercatori dell’UE ha sviluppato una cuffia in grado di superare gli svantaggi che ostacolano l’acquisizione del segnale sulla superficie della testa, eliminando la necessità dell’applicazione di pasta o gel.
Il nuovo sistema EEG con elettrodi a secco per la ricerca sul cervello
Nonostante i continui progressi compiuti nell’amplificazione del segnale e nell’elaborazione dei dati, l’acquisizione del segnale sulla superficie della testa è tuttora difficoltosa e soggetta a errori, configurandosi di conseguenza come un importante problema che limita l’utilizzo dell’EEG nella ricerca di base e clinica. Il progetto ANDREA, finanziato dall’UE, ha introdotto un nuovo concetto di tecnologia basata su elettrodi a secco con una rete a cuffia regolabile. Come fa notare la prof.ssa Silvia Comani, coordinatrice del progetto, «il sistema soddisfa i requisiti in fatto di elevata qualità e affidabilità del segnale, mobilità, elevato comfort del paziente/soggetto e utilizzo a lungo termine.»

La cuffia è caratterizzata da una forma flessibile e adattabile dell’elettrodo ed è dotata di un meccanismo automatizzato di posizionamento del sensore e di un kit software per la classificazione automatica e la rimozione dei principali artefatti che potrebbero influire sulle registrazioni EEG. «Le nuove tecnologie sono state convalidate con gruppi clinici (pazienti neurologici) e non clinici (atleti) al fine di produrre un sistema ottimizzato per un’ampia gamma di applicazioni EEG», afferma la prof.ssa Comani.

Vantaggi degli elettrodi a secco rispetto a quelli umidi

Questa cuffia innovativa dispone di un sistema di elettrodi a secco. La composizione degli elettrodi consente di evitare tutti gli svantaggi dell’applicazione di pasta conduttiva, riducendo l’impedenza tra il cuoio capelluto e il sensore.

Un sistema «umido» presenta inoltre altri svantaggi: ad esempio, chi lo indossa può sviluppare allergie al gel e la pasta può fuoriuscire, formando dei ponti trasversali (chiamati crossbridge) tra gli elettrodi. Durante la fase di asciugatura della pasta, inoltre, si originano degli errori causati dalla diminuzione della qualità del segnale.

Un’importante fonte di vantaggio è relazionata alla velocità con cui è possibile indossare la cuffia con elettrodi a secco. Si tratta di un fattore molto rilevante nel caso in cui sia di fondamentale importanza agire con rapidità, ad esempio per contrastare in tempo condizioni patologiche impegnative come l’epilessia, fornendo nuove indicazioni per una chirurgia precisa.

Una serie impressionante di nuove funzionalità

Il sistema EEG con cuffia è di tipo plug and play ed è concepito per combinare comfort per l’utente e prestazioni all’avanguardia per la ricerca sul cervello. Gli elettrodi multi-pin sono leggeri, flessibili da un punto di vista meccanico e provvisti di un rivestimento conduttivo nanostrutturato, che garantisce la ricezione di valori stabili e affidabili. Inoltre, le diverse forme dei multi-pin possono adattarsi a diverse zone del cuoio capelluto, così da incrementare la qualità del segnale e offrire il massimo comfort a chi indossa il cappuccio.

Un concetto modulare consente l’applicazione di un numero di elettrodi compreso tra otto e sessantaquattro. L’elettronica attiva preamplificata migliora la qualità del segnale a livelli di impedenza elettrodo-cute aumentati. L’impedenza elettrica dei materiali biologici riflette lo stato clinico del tessuto in fase di studio.

Il sistema, oltre a disporre di algoritmi per la reiezione automatica degli artefatti e il kit software ottimizzato, consente il rilevamento e la reiezione delle componenti artefattuali nei set di dati registrati dall’EEG con diversi tipi di elettrodi e impostazioni della cuffia.

Un trasferimento delle conoscenze di grandissima importanza a ogni livello

Il progetto ANDREA ha realizzato con successo il distaccamento di 44 membri del personale appartenenti a un settore diverso, per un totale di 99 mesi-persona. «Questo programma ha inoltre contribuito alla condivisione di culture e conoscenze diverse tra i partner», sottolinea la prof.ssa Comani.

Di conseguenza, sono stati registrati notevoli miglioramenti in termini di capacità di ricerca, visibilità internazionale e competitività di ciascun partner, che hanno determinato e continueranno a determinare la produzione di varie pubblicazioni scientifiche interdisciplinari di ottimo livello.

Il futuro percorso di ricerca

Alcuni dei partner nell’ambito del progetto ANDREA hanno già presentato nuove proposte di progetto per lo sviluppo di elettrodi a secco in grado di monitorare la funzione del cervello nei neonati, allo scopo di prevenire l’indebolimento neurologico, cognitivo e motorio in età avanzata. Nascono quindi nuove sfide legate alla sensibilità cutanea di soggetti così giovani.

Un’altra direzione a cui si indirizza il percorso di ricerca consiste negli studi sull’interazione sociale e sulla coordinazione; tuttavia, perché siano significativi, dovranno comprendere studi sull’intero movimento del corpo. Pertanto, il sistema EEG con elettrodi a secco deve essere solido e caratterizzato da un contatto cute-elettrodo stabile, così da garantire un monitoraggio affidabile del segnale del cervello.

Sia per il grande pubblico, sia per gli specialisti, sono state sviluppate un totale complessivo di 82 attività divulgative, tra cui conferenze scientifiche internazionali, fiere internazionali, eventi organizzati da società scientifiche e giornate aperte alle università.

La prof.ssa Comani riassume così l’eclatante successo del progetto ANDREA: «sulla base dei concreti progressi tecnologici compiuti con il sistema EEG con elettrodi a secco, congiuntamente ad attività di diffusione e collaborazione, ci aspettiamo che la rete creata dal progetto ANDREA diventi una rete di ricerca dell’UE permanente per la promozione della tecnologia sanitaria in Europa».

Argomenti

Life Sciences

Keywords

ANDREA, elettrodo a secco, EEG, cappuccio, cervello