Un’interfaccia cerebrospinale per tornare a camminare
Le lesioni spinali complete più severe scollegano in modo traumatico il sistema nervoso centrale funzionale dal corpo funzionale. Uno studio recente ha cercato di sviluppare una piattaforma neuroprotesica in grado di fornire una stimolazione elettrica selettiva del midollo spinale (SESMS) controllata dalle intenzioni di movimento del soggetto. Il progetto E-WALK (Spinal cord rehabilitation enhanced by the use of data-driven and dynamic cortical state models), finanziato dall’UE, ha studiato come trasformare le intenzioni in movimento, progettando, costruendo e valutando la prima ICS nei primati non umani per modulare i circuiti locomotori tramite stimolazione elettrica epidurale controllata dal cervello. Il team ha impiantato un array corticale di microelettrodi, un sistema di elettromiogramma multicanale (EMG) e un array SESMS epidurale di multi-elettrodi sopra il tratto lombare del midollo spinale di tre macachi Rhesus. Gli impianti includevano moduli per il trasferimento wireless dei dati, per la registrazione simultanea dei dati neuronali su larga banda e dei segnali EMG ad alta fedeltà. I segnali neuronali ed EMG registrati, sincronizzati e digitalizzati hanno permesso di prevedere gli stati dell’andatura e di avviare i protocolli di stimolazione. In tempo reale, un algoritmo di analisi discriminante lineare ha previsto gli eventi di sollevamento e appoggio del piede, mentre il programmatore di stimolazione applicato alla schiena dell’animale riceveva i comandi via Bluetooth e li inoltrava allo stimolatore impiantato tramite collegamento a infrarossi. Lo stimolatore inviava gli impulsi all’array SESMS per stimolare il midollo spinale, aumentando la flessione o l’estensione della gamba destra. Questa stimolazione fasica sincrona ha portato a un aumento dell’attività muscolare durante le varie fasi di andatura. Il processo ha migliorato la locomozione senza interferire con l’alternarsi ritmico naturale dei movimenti. Il ritardo completo previsione-stimolazione è stato stimato di 192 ms. I risultati ottenuti avranno un impatto considerevole sullo sviluppo di neuroprotesi basate su SESMS per il ripristino della capacità di locomozione nei pazienti paralizzati.
Parole chiave
Interfaccia cerebrospinale, lesione spinale, neuroprotesi, riabilitazione, stato corticale
