211service.com
Un chip cerebrale per controllare gli arti paralizzati
Gli scienziati stanno ora costruendo un dispositivo che registra i segnali cerebrali e li trasmette ai muscoli paralizzati, potenzialmente restituendo il controllo muscolare ai pazienti gravemente paralizzati. Nel sistema protesico, che è ancora in fase di sviluppo iniziale, un chip cerebrale registra i segnali neurali dalla parte del cervello che controlla il movimento. Il chip elabora quindi quei segnali, inviando messaggi precisi a fili impiantati in diversi muscoli del braccio o della mano del paziente, attivando l'arto paralizzato per afferrare un bicchiere o grattarsi il naso. Il nostro obiettivo finale è che una persona pensi e muova il braccio senza sforzo , dice Robert Kirsch , direttore associato del Centro di stimolazione elettrica funzionale , presso il Louis Stokes Veterans Affairs Medical Center, a Cleveland, OH.
Un dispositivo impiantato che attiva muscoli specifici aiuta i pazienti paralizzati a muovere gli arti. Uno stimolatore centrale è collegato a fili che verranno impiantati nel muscolo.
Nelle lesioni del midollo spinale e in alcuni tipi di ictus e malattie neurodegenerative, i circuiti neurali tra il cervello e il corpo vengono danneggiati, lasciando i pazienti con profondi problemi di movimento. Gli scienziati hanno già compiuto notevoli progressi nel superare questo blocco neurale sviluppando nuovi modi per stimolare i muscoli. Nella stimolazione elettrica funzionale (FES), la corrente elettrica viene applicata a specifici nervi o muscoli per innescare le contrazioni muscolari. Quando chi lo indossa fa un movimento prestabilito con la testa o le spalle, attiva la stimolazione di alcuni muscoli, consentendo all'arto di muoversi in un modo specifico. I dispositivi che possono ripristinare la funzione della mano e il controllo della vescica in alcuni pazienti con paralisi sono già stati approvati dalla FDA.
Multimedia
PRESENTAZIONE: Guarda il sistema
In un sistema che Kirsch e i suoi colleghi stanno testando per le persone con lesioni al midollo spinale abbastanza gravi da renderle paralizzate dal collo in giù, uno stimolatore simile a un pacemaker viene impiantato chirurgicamente nel torace o nell'addome del paziente, con fili di collegamento impiantati fino a 12 muscoli diversi. Un'altra serie di fili registra l'attività nei muscoli che sono sotto il controllo volontario del paziente. Questi segnali vengono quindi utilizzati per attivare l'attività nei muscoli paralizzati.
Ma per alcuni pazienti, in particolare gli individui gravemente paralizzati con controllo su pochi muscoli, l'uso di segnali registrati direttamente dal cervello per controllare gli arti paralizzati potrebbe fornire un modo più semplice e intuitivo di muoversi. Quindi i ricercatori di Cleveland stanno lavorando con John Donoghue , un neuroscienziato della Brown University, che ha sviluppato chip cerebrali impiantabili che registrano ed elaborano l'attività elettrica direttamente dai neuroni. Il dispositivo, realizzato da Cibercinetica Sistemi di neurotecnologia , a Foxborough, MA, è costituito da un minuscolo chip contenente 100 elettrodi che registrano segnali da centinaia di neuroni nella corteccia motoria, la parte del cervello che modula il movimento. Un algoritmo informatico traduce quindi questo complesso schema di attività in un segnale utilizzato per controllare un computer o un arto protesico. Finora, il chip è stato testato su tre pazienti, i primi a ricevere questo tipo di impianto. (Vedi Implanting Hope, marzo 2005; Brain Chips danno nuovi poteri ai pazienti paralizzati; e Pilotare una sedia a rotelle con il potere della mente.)
Gli esperti hanno grandi speranze per il nuovo dispositivo. Riteniamo che questa sia l'unica tecnologia attualmente praticabile all'orizzonte per fornire ai pazienti livelli elevati di ripristino delle lesioni cervicali e controllo dei loro arti, afferma Joseph Pancrazio , direttore del programma di ricerca di ingegneria neurale e neuroprotesi presso il National Institutes of Neurological Disorders and Stroke, una delle agenzie che finanziano la ricerca.
Il progetto rischia di essere complesso. Donoghue e colleghi devono prima rendere il loro chip cerebrale wireless e completamente impiantabile. (Attualmente, i pazienti hanno dell'hardware che sporge dal cranio e sono collegati a un computer tramite fili). Un sistema impiantabile ridurrebbe al minimo il rischio di infezione e potrebbe anche aiutare i pazienti a imparare a usare il sistema. Eberhard Fetz , un neuroscienziato dell'Università di Washington, a Seattle, che sta sviluppando sistemi simili nelle scimmie, afferma che un dispositivo impiantabile consentirebbe ai pazienti di utilizzare il sistema 24 ore al giorno, il che li aiuterebbe a imparare a modulare i segnali neurali per un controllo preciso.
Nella prima serie di test, prevista per il prossimo mese, i pazienti a cui è stato impiantato il chip Cyberkinetics cercheranno di muovere un braccio virtuale, consentendo ai ricercatori di studiare quale livello di controllo potrebbero sperare di raggiungere e di identificare i muscoli che devono essere stimolati suscitare movimenti utili. Una volta che i ricercatori avranno costruito un chip impiantabile e avranno dimostrato che i pazienti possono controllare sufficientemente un braccio virtuale, il team inizierà a integrare il chip e il sistema FES.
A lungo termine, i ricercatori dovranno probabilmente unire più dispositivi. Per realizzare appieno il potenziale di questi sistemi, dobbiamo pensare non solo a un singolo sistema FES per gli arti superiori, afferma Pancrazio. Bisogna pensare a una rete di sistemi. L'individuo potrebbe aver bisogno di sistemi per la ventilazione, il controllo della vescica e il controllo dell'intestino.