Valutare lo sviluppo cerebrale nei neonati prematuri per aiutare l’apprendimento
Ogni anno in Europa nascono circa 500 000 bambini prematuri e un decimo dei neonati a livello globale è prematuro. Nascere prima della trentasettesima settimana di gravidanza ha un impatto negativo sul modo in cui il cervello è ripiegato e sul processo di mielinizzazione delle cellule cerebrali. «Un minor numero di pieghe cerebrali si traduce in una riduzione dell’area e del volume corticale, mentre una scarsa mielinizzazione rallenta la trasmissione delle informazioni nel cervello», spiega Audrey van der Meer, coordinatrice del progetto AIM_COACH finanziato dall’UE e professoressa di psicologia presso la Università norvegese di scienza e tecnologia. Durante l’ultimo trimestre di gravidanza e il primo anno di vita del bambino, si sviluppa rapidamente un’area del cervello che va dalla corteccia visiva nella parte posteriore della testa alla parte superiore della testa, dove si trova la corteccia motoria. Chiamata via visiva dorsale, essa controlla l’integrazione sensomotoria, la pianificazione dell’azione, il tempismo e la percezione di distanza, velocità, direzione e tempo di collisione. «Molti bambini nati prematuramente soffrono della cosiddetta “vulnerabilità della via dorsale”, il che significa che hanno difficoltà a interagire con gli oggetti in movimento nel mondo», spiega Van der Meer, il cui progetto ha ricevuto il sostegno del programma dell’UE azioni Marie Skłodowska-Curie.
Sfruttare l’intelligenza artificiale e l’elettroencefalogramma per osservare l’attività cerebrale nei neonati
Utilizzando reti di elettrodi avanzate, il laboratorio ha registrato l’attività elettrica cerebrale di bambini molto piccoli mentre guardavano palle virtuali che si avvicinavano verso di loro ad alta velocità su un grande schermo. Il team ha testato oltre 500 bambini sul «paradigma incombente» e la maggior parte di essi è rimasta davvero impressionata dalle palle che sembrano destinate a scontrarsi con il loro viso. I bambini devono elaborare le informazioni sul momento in cui la palla li colpirà in modo rapido e preciso, in modo da poter sbattere le palpebre, abbassarsi o alzare le mani per proteggere gli occhi e il viso in tempo. I 128 elettrodi sensibili sono cuciti insieme in una «retina per capelli» che viene posizionata con un rapido movimento sulla testa del bambino, mentre il team soffia bolle di sapone per distrarlo. Poiché i bambini hanno un cranio molto più sottile di quello degli adulti e di solito hanno pochi o nessun capello, il team è stato in grado di captare segnali cerebrali di buona qualità in microvolt. Mentre il bambino osservava le palle in avvicinamento e indossava la retina, il computer individuava automaticamente le risposte relative all’incombenza e determinava se si trattava di una risposta cerebrale adeguata e appropriata all’età o se la risposta mostrava dei difetti. «Per sviluppare un’interfaccia cervello-computer che faciliti l’apprendimento percettivo nei bambini piccoli, abbiamo utilizzato un’ampia serie di dati cerebrali registrati su un totale di 100 neonati di età inferiore a un anno», spiega l’autrice: «Siamo arrivati a questo punto: il computer ha individuato in modo affidabile le risposte cerebrali legate alla minaccia incombente nel 77 % di tutte le prove. Considerando che stiamo lavorando con dati relativi a cervelli di neonati, si tratta di un risultato eccellente».
Applicare le conoscenze per aiutare i bambini a svilupparsi e ad apprendere
L’anno scorso, il team ha pubblicato prove che è possibile far progredire lo sviluppo cerebrale e migliorare la percezione del movimento nei bambini al di sotto dell’anno di età, offrendo loro una stimolazione motoria supplementare sotto forma di posizione prona, nuoto e massaggio infantile. Questo, spiega Van der Meer, ha importanti implicazioni per i neonati pretermine che sono a rischio di sviluppare una vulnerabilità della via dorsale. Il team spera anche che il sistema di analisi cognitiva dell’intelligenza artificiale possa essere offerto come programma di intervento a quei bambini che probabilmente trarranno i maggiori benefici da una diagnosi precoce e da un intervento tempestivo, prima dell’età scolare. «Siamo riusciti a sviluppare la prima interfaccia cervello-computer per bambini al mondo per la diagnosi precoce di danni cerebrali e per un intervento tempestivo. È importante promuovere l’apprendimento e prevenire i problemi nei bambini di età inferiore ai due anni, il cui cervello mostra ancora un’enorme plasticità», afferma Van der Meer.
Parole chiave
AIM_COACH, UE, IA, elettroencefalogramma, attività cerebrale, neonati, sviluppo cerebrale, danni cerebrali, intervento precoce