La neurotecnologia adattiva contribuisce al ripristino delle funzioni corporee e cerebrali
L’interfaccia cervello/macchina neurale (B/NMI) converte l’attività cerebrale in segnali, consentendo agli utilizzatori di controllare dispositivi esterni con il pensiero. Questi dispositivi aiutano le persone affette da patologie quali paralisi, ictus o demenza, con il ripristino del movimento, della comunicazione e/o delle funzioni cognitive. Purtroppo, le B/NMI non invasive (senza impianti cerebrali) attualmente disponibili non hanno la versatilità necessaria, a causa della qualità limitata del segnale. «Inoltre, in genere leggono solo l’attività cerebrale, ma non la “scrivono” né la modulano direttamente, perché la stimolazione interferisce con le registrazioni dei segnali cerebrali. Questa capacità è fondamentale per ripristinare o integrare il feedback sensoriale ai fini dell’apprendimento e del controllo neuroprotesico preciso», spiega Surjo Soekadar, coordinatore del progetto NGBMI, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca (CER). Per superare queste limitazioni, il progetto NGBMI ha combinato le B/NMI con sistemi di stimolazione magnetica transcranica (TMS) e di stimolazione elettrica transcranica (TES).
Stimolazione adattiva basata sull’attività cerebrale
In realtà, le basi per NGBMI sono state in realtà gettate dal lavoro svolto in precedenza da Soekadar e colleghi, che hanno dimostrato per la prima volta che le oscillazioni cerebrali possono essere misurate durante la TES. Si trattava di sviluppare un esoscheletro per le mani controllato dalle B/NMI, per consentire a una persona affetta da tetraplegia di riacquistare la mobilità necessaria per le attività quotidiane. NGBMI è riuscito a sviluppare un sistema mobile in grado di integrare B/NMI e TES, consentendo una stimolazione adattiva in tempo reale basata sull’attività cerebrale. Il sistema è costituito da una cuffia di elettrodi e da un amplificatore di segnale wireless collegato a un tablet dotato di un software di elaborazione del segnale in tempo reale che comanda dispositivi esterni, come esoscheletri o robot, regolando il TES in base all’attività cerebrale in corso. Testato dapprima su soggetti sani, il sistema è stato poi applicato su pazienti con disturbi neuropsichiatrici e neurologici, quali depressione, demenza e ictus, con l’obiettivo specifico di affrontare la compromissione delle funzioni motorie o cognitive. «Abbiamo dimostrato la soppressione o il potenziamento selettivi di specifiche oscillazioni cerebrali, modulando efficacemente comportamenti, sintomi o funzioni correlati, come la memoria di lavoro», spiega Soekadar di Charité - Università di Medicina di Berlino. Ad esempio, il team ha potenziato selettivamente le oscillazioni alfa frontoparietali, migliorando la capacità di memorizzare immagini dei partecipanti, offrendo un trattamento potenziale per i disturbi neurodegenerativi, come l’Alzheimer. Poiché la TMS e la TES convenzionali hanno una precisione spaziale e una profondità di penetrazione limitate, è stato sviluppato anche un nuovo principio di stimolazione chiamato stimolazione magnetica a interferenza temporale (TIMS). Grazie a una sovvenzione del CER per la prova di concetto e con il supporto del programma SPARK BIH, è stato depositato un brevetto per il dispositivo, che ora viene concesso in licenza a eemagine Medical Imaging Solutions e ANT Neuro, entrambe aziende leader di portata globale nel settore delle neurotecnologie con sede nell’UE.
Potenziamento della tecnologia per migliorare gli esiti clinici
L’uso della tecnologia da parte di NGBMI per ripristinare le funzioni corporee e cerebrali e, in definitiva, per potenziare le persone è perfettamente in linea con le politiche dell’UE su salute digitale, tecnologia assistiva e neuroriabilitazione. Tra le potenziali applicazioni figurano la neuromodulazione domiciliare per la depressione, il potenziamento cognitivo nella demenza e la neuroriabilitazione per i pazienti colpiti da ictus, volti a migliorare la qualità della vita e ridurre i costi sanitari. «Come psichiatra, il mio obiettivo è stato quello di sviluppare un approccio non invasivo che, nel tempo, si rendesse superfluo con l’“allenamento” del sistema nervoso centrale», aggiunge Soekadar. «Ma è giusto ricordare che gli interventi neurotecnologici, pur potendo modulare i sintomi, da soli non possono risolvere le cause profonde dei disturbi mentali.» L’équipe si sta attualmente preparando per la sperimentazione clinica su larga scala, oltre a perseguire l’approvazione normativa per la TIMS e a commercializzare l’esoscheletro cerebrale/neurale per la riabilitazione successiva all’ictus. In seguito, è prevista l’integrazione dell’approccio TIMS con sensori quantistici, per sviluppare un’interfaccia quantistica bidirezionale cervello-computer. Poiché i sensori quantistici forniscono registrazioni più precise dell’attività cerebrale, ciò potrebbe consentire una decodifica neurale più accurata e una neuromodulazione mirata, migliorando la neuroriabilitazione, la cognizione e l’assistenza. Il team esaminerà anche l’ottimizzazione basata sull’intelligenza artificiale per migliorare ulteriormente l’efficacia a lungo termine delle soluzioni avanzate di neuromodulazione.
Parole chiave
NGBMI, neurotecnologia, cervello, neurale, interfaccia, demenza, tecnologia assistiva, quantistico, salute mentale, mobilità
