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Inizia il lavoro sullo stimolatore cerebrale per correggere la memoria
Per alcuni circa 10 milioni di persone nel mondo con trauma cranico (TBI), formare e trattenere nuovi ricordi può essere una delle cose più difficili che faranno in un giorno. Ora immagina un dispositivo impiantato nel cervello che possa aiutarli a codificare i ricordi per mezzo di piccole scosse elettriche.
Una radiografia mostra gli elettrodi per la registrazione dell'EEG sotto il cranio di un paziente con epilessia.
I primi passi verso una tale neuroprotesi della memoria sono in corso presso l'Università della Pennsylvania, dove i ricercatori hanno avviato test su pazienti sottoposti a chirurgia cerebrale per cercare di individuare e influenzare i processi che controllano la formazione della memoria.
Quando le persone subiscono lesioni cerebrali, accadono diverse cose. I neuroni potrebbero essere danneggiati dall'impatto iniziale o da lividi o gonfiore nel cervello in seguito. Gli assoni che collegano le regioni del cervello potrebbero essere gravemente scossi durante l'impatto, in alcuni casi separandosi letteralmente dai neuroni.
Il cervello è una complessa rete di neuroni che tutti devono comunicare tra loro, afferma Matthew Kirschen, neurologo pediatrico del Children's Hospital di Philadelphia, che non è coinvolto nella ricerca Penn. Tutto ciò di cui hai bisogno è una piccola interruzione nel processo assonale e la memoria è compromessa.
Il team della Pennsylvania è uno dei tanti negli Stati Uniti che è stato finanziato l'anno scorso dalla DARPA, l'agenzia di ricerca del Pentagono, per progettare e costruire stimolatori che potrebbero influenzare la cognizione registrando costantemente le funzioni cerebrali e distruggendo particolari aree del cervello con basse dosi di elettricità (vedi Fondi militari Interfacce cervello-computer per controllare i sentimenti).
Il team di Penn, guidato dal neuroscienziato cognitivo Michael Kahana, ha già iniziato ad analizzare le registrazioni cerebrali di pazienti con epilessia grave. Come parte del loro trattamento, questi pazienti ricevono una piccola rete di elettrodi sotto il cranio, che indossano per due o sette settimane. Gli elettrodi raccolgono registrazioni EEG che vengono utilizzate per calcolare dove nel cervello hanno origine le loro convulsioni, in preparazione per un intervento chirurgico per rimuovere il tessuto malfunzionante.
Mentre si sottopongono a questo trattamento, alcuni pazienti si offrono anche volontari per permettere a Kahana di studiarli mentre giocano a giochi di memoria su un computer. Gli elettrodi EEG registrano l'attività elettrica media di decine di migliaia di neuroni contemporaneamente; Kahana dice che alcune delle onde cerebrali misurate in questo modo sono correlate con la funzione della memoria.
Il legame tra le oscillazioni dell'EEG e i ricordi non è chiaro, ma i ricercatori della Penn sospettano che determinate frequenze potrebbero offrire un indicatore di quanto bene una persona ricorderà le cose. Questi includono le cosiddette oscillazioni theta, un tipo di attività neuronale nell'ippocampo, una regione del cervello attiva nella creazione di nuovi ricordi. Sono quelli che [penso] siano i più importanti per la formazione della memoria e sono spesso presenti nell'ippocampo, afferma Josh Jacobs, professore di ingegneria biomedica alla Columbia University che sta lavorando al progetto.
Nel 2013, i ricercatori dell'Università della California, a Davis, hanno creato lesioni cerebrali in 56 ratti, diminuendo gravemente le loro oscillazioni theta. Hanno quindi dimostrato che la stimolazione elettrica del nucleo del setto mediale, parte della regione dell'ippocampo nel cervello, aiutava i ratti a fuggire più velocemente da un labirinto.
Se il team di Penn è in grado di identificare i marcatori della formazione della memoria, cercherà di influenzarli stimolando il cervello con basse dosi di elettricità. L'obiettivo è verificare se è possibile convincere i circuiti del cervello in qualsiasi stato rappresenti la migliore funzione di memoria possibile di un paziente specifico.
Kahana, che è direttrice del Computational Memory Lab dell'università, afferma che è troppo presto per dire se l'idea funzionerà. Vogliamo che il cervello mostri un certo schema di attività elettrica, dice. È un grande salto [dire] che possiamo in qualche modo spingerlo in quello stato dandogli una piccola spinta.
La stimolazione cerebrale elettrica è già ampiamente utilizzata per fermare i tremori fisici associati al morbo di Parkinson. Sebbene non sia chiaro il motivo per cui la tecnologia funziona, alcuni pensano che agisca per sopprimere i neuroni sovraeccitati. Circa 125.000 persone hanno ricevuto stimolatori cerebrali profondi; quasi tutti i dispositivi sono prodotti dal produttore di dispositivi medici di Minneapolis Medtronic.
Il dispositivo di Medtronic utilizza un filo per stimolare il cervello con impulsi elettrici costanti. Il dispositivo che i ricercatori della Penn sperano di costruire alla fine con l'aiuto di Medtronic sarà diverso: Jacobs afferma che utilizzerà dozzine di elettrodi all'interno del cervello per registrare e stimolare. La configurazione potrebbe applicare corrente al passaggio tra gli elettrodi, che può alterare l'attività dei neuroni nelle regioni tra di loro. In teoria potresti registrare e fare lo zapping rapidamente per riallineare i circuiti di codifica della memoria, afferma Jacobs.
A più di 270.000 membri delle forze armate statunitensi è stato diagnosticato un trauma cranico dal 2000 (vedi Brain Trauma in Iraq), secondo la DARPA, che sente un urgente bisogno di trattamenti efficaci, anche se la maggior parte delle lesioni non si verifica nelle zone di guerra. Il team di Penn afferma che prevede di dedicare due anni allo studio dei segnali di memoria e altri due anni allo sviluppo di un dispositivo. I test clinici sugli esseri umani, dice Kahana, potrebbero seguire se la ricerca avrà successo.