Tecnologia di nuova generazione per la ricerca sul cervello
La stimolazione magnetica transcranica (TMS) è una procedura non invasiva per la stimolazione delle cellule nervose tramite l’uso di campi magnetici. È stata utilizzata nella ricerca e nel trattamento di disturbi psichiatrici e depressione. Offre un’elevata risoluzione spaziale e temporale grazie all’applicazione di un impulso di campo magnetico molto forte (10 000 volte il campo magnetico terrestre) per alterare temporaneamente l’attività cerebrale. La magnetoencefalografia (MEG) è la tecnica più precisa per la misurazione dei campi magnetici generati dall’attività elettrica del cervello. La MEG utilizza sensori ultrasensibili in grado di rilevare campi tipicamente inferiori a un centomilionesimo del campo magnetico terrestre. Sebbene la TMS e la MEG possano essere combinate per studiare la connettività funzionale tra diverse regioni del cervello, sono incompatibili.
Combinare TMS e MEG
Realizzato con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie (MSCA), il progetto STIMUSURE mira a superare questo limite sviluppando il primo dispositivo che unisca TMS e MEG. «I campi magnetici della TMS alterano i sensori ultrasensibili della MEG, rendendo impossibile l’uso simultaneo di queste tecniche», spiega il borsista MSCA Lari Koponen. A seguito dei progressi nella produzione di software e hardware, STIMUSURE ha costruito un sensore innovativo in grado di resistere ai picchi di campo magnetico generati dalla TMS e di registrare comunque i deboli campi magnetici prodotti dal cervello. Il sensore funziona secondo il principio del pompaggio ottico, un processo in cui la luce è utilizzata per manipolare le proprietà magnetiche degli atomi. Misura essenzialmente i cambiamenti negli schemi di assorbimento ed emissione della luce che sono proporzionali all’intensità del campo magnetico. I sensori OPM o magnetometri a pompaggio ottico sono ideali per i campi magnetici deboli e per le applicazioni nel biomagnetismo, come la misurazione dei campi magnetici prodotti dall’attività neurale nel cervello o nel cuore. È importante notare che tali sensori possono funzionare a temperatura ambiente. Il sensore STIMUSURE è stato convalidato tecnicamente seguendo gli impulsi della TMS, dimostrando che è possibile combinare allo stesso tempo quest’ultima e la MEG.
Progressi tecnologici
Il progetto ha prodotto anche il primo gradiometro magnetico intrinseco a pompaggio ottico per uso umano. Si tratta di un tipo avanzato di magnetometro progettato per misurare il gradiente di un campo magnetico, piuttosto che soltanto la sua forza assoluta. Questo gradiometro magnetico è particolarmente utile per il rilevamento di piccole variazioni dei campi magnetici nello spazio, che possono fornire informazioni più dettagliate sull’origine dei campi magnetici, come l’attività neurale nel cervello o quella elettrica nel cuore. È importante notare che tale gradiometro ha dimostrato di ridurre l’interferenza all’interno del sensore.
Direzioni future
Sebbene STIMUSURE non abbia ottenuto ulteriori finanziamenti per trasformare il sensore da una prova di concetto a uno strumento di ricerca, i risultati del progetto aprono la strada a ricerche future. «I progressi della tecnologia dei sensori e la creazione di modelli computazionali forniscono una solida base per superare le sfide tecniche rimanenti», sottolinea Koponen. Gli sforzi futuri dovranno concentrarsi sul perfezionamento dell’hardware TMS e sull’ottenimento del sostegno necessario per portare a compimento queste innovazioni. La logica di combinare TMS e MEG segna un passo importante verso una mappatura funzionale del cervello più precisa e una comprensione più approfondita della connettività cerebrale.
Parole chiave
STIMUSURE, cervello, sensore, TMS, MEG, stimolazione magnetica transcranica, magnetoencefalografia
