Un modo scioccante per riparare il cervello

Quando Emad Eskandar parla di uno dei suoi pazienti di neurochirurgia con disturbo ossessivo compulsivo, non sta parlando di qualcuno che organizza la sua collezione di dischi per colore, dimensione e nome. O qualcuno che ritualisticamente tocca due volte la manopola del fornello prima di uscire di casa e dice: Scusa, sono un piccolo DOC.

I pazienti con disturbo ossessivo compulsivo di Eskandar fanno docce di tre ore. Passano otto ore a pulire l'ambiente circostante con la candeggina. Rimangono bloccati nel lavandino del bagno nella loro camera d'albergo nei giorni di appuntamento, incapaci di smettere di lavarsi le mani finché qualcuno non viene a prenderli. Il DOC colpisce circa 2,5 milioni di americani adulti. Ma solo coloro che hanno esaurito tutte le altre opzioni di trattamento - Luvox, Anafranil, Prozac, terapia cognitivo comportamentale - finiscono sul tavolo operatorio di Eskandar al Massachusetts General Hospital. A quel punto, sono abbastanza disperati da provare quasi tutto, persino la stimolazione cerebrale profonda (DBS), un'opzione di ultima risorsa che Eskandar ha passato gli ultimi 15 anni a padroneggiare e perfezionare.

Questa storia faceva parte del nostro numero di novembre 2015

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In un intervento chirurgico iniziale, Eskandar pratica due fori da dieci centesimi nella parte superiore del cranio del paziente e affonda elettrodi lunghi 42 centimetri a circa sette centimetri di profondità nella materia grigia del cervello. In un secondo intervento chirurgico, di solito un paio di giorni dopo, crea una tasca sotto la pelle nel torace o nell'addome, impianta un dispositivo che incorpora una batteria e un generatore di impulsi in questo spazio appena creato e fa passare un filo fino al cranio, collegando con gli elettrodi. Quando è acceso, il dispositivo emette una corrente elettrica che stimola le fibre neurali che trasportano informazioni dalle aree cerebrali primitive associate alla motivazione al lobo frontale. Nel 50 per cento dei casi di Eskandar segue un miracolo: le ossessioni e le compulsioni svaniscono e poi scompaiono.

Anche se il trattamento sembra estremo, per alcuni aspetti i suoi pazienti con DOC sono i fortunati. Non esiste un'opzione di ultima istanza approvata dalla FDA per i milioni di americani che soffrono di altre malattie psichiatriche, come depressione, disturbo da stress post-traumatico o schizofrenia. O per disturbo borderline di personalità e lesioni cerebrali traumatiche. Ma per tutte queste condizioni, ciò potrebbe presto cambiare.

In alto e in basso: il chirurgo principale, Emad Eskandar, studia la TAC del cervello del paziente per determinare dove posizionare gli elettrodi.

La stimolazione cerebrale profonda è stata utilizzata per quasi due decenni per il trattamento di pazienti con forme gravi di Parkinson (e dal 2009 per il trattamento di un numero molto inferiore di pazienti con DOC). Ben 125.000 persone vivono con elettrodi impiantati nel cervello. Nell'ambito della Brain Initiative del presidente Obama, Eskandar sta co-guidando un team di medici, scienziati e ingegneri che è un anno dopo uno sforzo quinquennale da 30 milioni di dollari per utilizzare la DBS per il trattamento di gravi disturbi psichiatrici, la maggior parte dei quali sono stati considerati troppo complesso e misterioso per qualsiasi sistema del genere attualmente sul mercato. Condizioni come la schizofrenia, il disturbo da stress post-traumatico e la depressione sono caratterizzate da cambiamenti imprevedibili nel cervello che portano a episodi intermittenti. Addomesticarli richiederà un nuovo tipo di dispositivo in grado non solo di stimolare il cervello, ma anche di monitorare l'attività cerebrale in tempo reale e rilevare anomalie che, in molti casi, i neuroscienziati non hanno ancora identificato.

Spetterà a Eskandar e al team che sta guidando con il suo collaboratore di lunga data MGH Darin Dougherty, identificare come il cervello delle persone che soffrono di questi disturbi differisca da quello degli individui sani. E poi devono capire che tipo di schemi di stimolazione elettrica potrebbero essere usati per risolverli. Puntiamo a qualcosa di ridicolmente ambizioso, riconosce.

Gli ingegneri dall'altra parte del fiume Charles presso il Draper Laboratory stanno lavorando a stretto contatto con Eskandar per sviluppare l'hardware necessario. Hanno costruito un prototipo di un sistema DBS che sarà in grado di registrare segnali da centinaia di siti in profondità nel cervello e sulla sua superficie. Il dispositivo utilizzerà un software di riconoscimento di pattern per rilevare attività anomale associate a stati mentali patologici; quindi stimolerà le aree del cervello in risposta. Gli ingegneri di Draper stanno fabbricando una versione miniaturizzata del dispositivo, che sperano di testare sugli esseri umani già nel 2016.

La maggior parte degli psichiatri concorda sul fatto che sono disperatamente necessari nuovi trattamenti per le malattie mentali. I farmaci esistenti per i disturbi cerebrali sono spesso inefficaci e producono spesso fastidiosi effetti collaterali. Uno dei motivi è che i farmaci alterano la chimica dell'intero cervello, non solo l'area di interesse, modulando il comportamento di neuroni altrimenti sani (vedi Shining Light on Madness, luglio/agosto 2014).

Con la stimolazione elettrica, d'altra parte, i medici possono colpire popolazioni discrete di neuroni, limitando il trattamento a piccole aree isolate del cervello che causano i problemi. La DBS ci permette di entrare nel circuito reale che sappiamo essere coinvolto in una condizione, e lo stiamo stimolando e facendolo accendere o meno nel modo in cui vogliamo, dice Dougherty, lo psichiatra che ha collaborato con Eskandar per dirigere Mass. General's Division of Neurotherapeutics, il centro più attivo della nazione per il trattamento chirurgico psichiatrico. È notte e giorno in termini di robustezza.

Per trattare le condizioni cerebrali in questo modo, ovviamente, i chirurghi devono identificare e comprendere i circuiti precisi che li causano, cosa che in molti casi non è ancora stata fatta. Sebbene i neuroscienziati abbiano imparato molto su come sono organizzati i circuiti cerebrali e su come funzionano, raramente è stato possibile vederli funzionare in tempo reale. Ma Eskandar e Dougherty affermano che la tecnologia che stanno progettando e testando aprirà questa possibilità. La registrazione simultanea di più patch di neuroni per lunghi periodi di tempo, ritengono, consentirà loro di trasformare il modo in cui definiamo e comprendiamo i diversi tipi di malattie mentali e, cosa più importante, porterà finalmente a modi più efficaci per trattarli.

Calmare le acque

I medici hanno sperimentato l'elettricità per curare i disturbi cerebrali fin dall'antichità, in alcuni casi anche applicando la razza elettrica al cranio. Ma la DBS è nata in una sala operatoria francese nel 1987, quando un neurochirurgo di nome Alim Louis Benabid fece una scoperta fortuita mentre si preparava a operare un paziente che soffriva di tremore incontrollabile.

Emad Eskandar e il suo team preparano un dispositivo metallico chiamato telaio stereotassico CRW, che aiuterà a guidare il processo.

Per decenni, la tecnica dell'ultimo respiro per tali pazienti era stata estrema ma spesso abbastanza efficace: i neurochirurghi semplicemente praticavano dei fori nel cranio e rimuovevano le aree del cervello ritenute responsabili del problema. L'approccio è stato talvolta utilizzato per altri disturbi del movimento, nonché per epilessia grave e alcune malattie mentali. Quel giorno, nel 1987, Benabid pianificò di rimuovere un pezzo del talamo del suo paziente, una struttura a forma di noce nel profondo del cervello. Distruggendo o lesionando parte del tessuto, intendeva tagliare la fonte degli impulsi elettrici vaganti che volavano lungo le fibre nervose periferiche del corpo e provocavano il tremore della mano del paziente.

La chirurgia cerebrale di qualsiasi tipo, ovviamente, è una proposta ad alto rischio. Errori di calcolo possono causare paralisi, cecità e persino la morte. Per evitare sorprese, Benabid ha adottato una comune precauzione chirurgica: ha tenuto sveglio il suo paziente in sala operatoria, cosa possibile perché non ci sono recettori neurali del dolore. Inserì una sonda elettrica nella parte del cervello che intendeva rimuovere. Quindi ha erogato un impulso e ha osservato da vicino il paziente per assicurarsi che la stimolazione non avesse effetti imprevisti. È una tecnica che i neurochirurghi utilizzano da oltre mezzo secolo per verificare che l'area che stanno per rimuovere non svolga una funzione essenziale; la piccola corrente nell'elettrodo provoca l'attivazione dei neuroni intorno ad esso, rivelando quale ruolo svolgono, se del caso, nei processi corporei.

Nel 1987, i neuroscienziati avevano sviluppato un protocollo che Benabid fortunatamente decise di ignorare. Invece di stimolare il cervello del suo paziente a una frequenza di 50 hertz, ha alzato la manopola fino a quasi 100 hertz. Quando ha applicato l'elettrodo al bersaglio, si è verificato qualcosa di inaspettato: la mano del paziente ha smesso di tremare, per la prima volta dopo anni. Quando Benabid ha spento la corrente, il tremore è ripreso. Quando lo riaccese, si fermò di nuovo. La stimolazione ad alta frequenza, si rese conto, in qualche modo attutiva i segnali fastidiosi.

Il chirurgo è pronto per inserire delicatamente gli elettrodi nella posizione mirata nel cervello.

Nel 1991 ha pubblicato un documento che descrive in dettaglio il suo uso della DBS per trattare i tremori su entrambi i lati del corpo. Ha proseguito con un altro documento fondamentale che dimostrava che poteva alleviare molti degli altri sintomi debilitanti del Parkinson, inclusi il rallentamento dei movimenti e la rigidità muscolare. La Food and Drug Administration statunitense ha approvato il DBS per l'uso nei tremori nel 1997 e per il Parkinson nel 2002. Ora è stato utilizzato su decine di migliaia di pazienti.

Anche così, anni dopo, gli scienziati stanno ancora discutendo sul perché DBS funzioni. Gli scienziati sapevano da tempo che il tremore incontrollabile era in qualche modo causato da segnali erranti provenienti da strutture profonde nel cervello che attivavano continuamente aree della corteccia motoria che controllano i movimenti del corpo. Negli anni '80, sapevano persino cosa stava causando questi segnali nel Parkinson: quantità insufficienti di un agente di segnalazione chimico chiamato dopamina in strutture chiamate gangli della base. Per decenni, tuttavia, l'organizzazione dei gangli della base e di altre caratteristiche degli strati interni del cervello è rimasta in gran parte oggetto di speculazione.

Benabid ha teorizzato che la stimolazione dei neuroni sopprimesse l'attività anormale. Negli ultimi dieci anni circa negli studi sugli animali, i neuroscienziati hanno misurato più precisamente la produzione neuronale e hanno scoperto che la DBS sembra, al contrario, stimolare l'attività. Philip Starr, neurochirurgo presso l'Università della California, San Francisco, specializzato in disturbi del movimento, ha articolato una teoria fondamentale: crede che la DBS agisca desincronizzando gli schemi di attivazione all'interno dei circuiti.

Proprio come l'energia che si muove attraverso l'oceano, i segnali elettrici che passano attraverso il cervello viaggiano in onde. E come in una tempesta oceanica, una grande onda che si muove alla giusta velocità può assorbire tutte le piccole onde sul suo cammino. Nel Parkinson, l'attività anormale si accumula su se stessa, creando onde patologiche di attività che ottengono il controllo del circuito, soffocando tutte le altre attività. Il DBS rompe nuovamente queste onde, consentendo al circuito di sbloccarsi e il passaggio di segnali più piccoli.

Qualunque fosse il meccanismo alla base della DBS, era solo questione di tempo prima che i ricercatori iniziassero a considerare come estendere la tecnica per trattare altri disturbi cerebrali, in particolare malattie mentali intrattabili.

Depressione

Il giorno in cui visito la sala operatoria di Emad Eskandar durante la Messa. Generale, il suo paziente è sdraiato su una barella con indosso una festosa sfumatura blu scuro di smalto per unghie. Il paziente è tormentato dal DOC e non ha risposto a tutte le altre opzioni di trattamento. Ora giace anestetizzata tra vassoi di bisturi metallici lucidi e forbici, e le infermiere l'hanno avvolta in un lenzuolo bianco. Le hanno anche rasato la testa e, usando morsetti e viti, le hanno assicurato una robusta struttura a forma di scatola alla fronte e ai lati del cranio. Ogni braccio della cornice è inciso con i numeri minuscoli di un righello, fino al millimetro. I numeri consentiranno a Eskandar di allineare con precisione i cavi di metallo cavo che intende spingere attraverso la corteccia della sua paziente e nel centro del suo cervello, seguendo un percorso rettilineo verso il suo obiettivo.

L'intervento chirurgico inizia con la perforazione di fori da dieci centesimi nel cranio, attraverso i quali verranno inseriti gli elettrodi.

In primo luogo, tuttavia, il neurochirurgo deve mappare quel percorso. Eskandar siede nelle vicinanze in camice, una maschera chirurgica infilata sfacciatamente sul suo berretto chirurgico blu e sposta il puntatore del mouse su un punto al centro di una delle quattro immagini visualizzate su un monitor, che raffigurano il cervello del paziente. Ogni immagine è presa da una diversa angolazione. Questo è perfetto: vuoi essere qui, dice a un giovane chirurgo. Questo è il tuo punto di ingresso.

Eskandar ha impiantato elettrodi in decine di pazienti con DOC; è stato tra i primi neurochirurghi a iniziare a eseguire l'intervento in via sperimentale, molto prima che fosse approvato per l'uso diffuso dalla FDA nel 2009. Era esattamente il tipo di opportunità che sperava quando aveva deciso di frequentare la facoltà di medicina.

Aveva eccelso in matematica e fisica al liceo ed era entrato all'Università del Nebraska con l'intento di diventare un ingegnere chimico. Ma le cose sono cambiate quando ha ottenuto un lavoro notturno lavorando in un istituto psichiatrico, supervisionando pazienti che soffrivano di crisi psicotiche acute. I pazienti che ha incontrato hanno fatto una profonda impressione. C'era il professore di matematica con un dottorato di ricerca della Northwestern, irrimediabilmente confuso dalle sue stesse delusioni. Eskandar ricorda anche un ragazzo arruffato della sua età, che ha sentito le voci nelle canzoni dei Van Halen e una volta ha saltato la recinzione durante un periodo di svago all'aperto quando Eskandar non prestava attenzione. La polizia ha trovato il paziente un paio d'ore dopo, fermo in mezzo all'autostrada che dirigeva il traffico con un bivio.

Eskandar era affascinato dall'entità di queste delusioni e stupito da quanto poco i medici capissero della malattia mentale. Era una sensazione molto diversa rispetto a un normale ospedale, ricorda. Era come, 'Qualcuno sa davvero cosa sta succedendo?' Si è iscritto alla facoltà di medicina sperando di svelare i misteri del cervello. Dopo un periodo di ricerca sul cervello presso il National Institutes of Health, ha ottenuto una residenza al Mass. General Hospital proprio mentre la FDA stava approvando il primo utilizzo della stimolazione cerebrale profonda per i disturbi del movimento. Avendo intrattenuto e tenuto d'occhio pazienti con disturbi cerebrali solo pochi anni prima, ora si è ritrovato a operare su di loro e nel processo ha avuto l'opportunità di misurare la loro attività neurale e unirsi alla ricerca delle cause di un comportamento così bizzarro. Rimase a Messa. Generale dopo la fine della sua residenza.

Ora, Eskandar è in piedi sopra il cuoio capelluto nudo del paziente con disturbo ossessivo compulsivo, contrassegnando i suoi punti di ingresso con un pennarello. Quindi fa scattare un attacco sul telaio metallico che racchiude la testa del paziente, regola l'angolo per allineare i numeri e fa sapere all'assemblea di infermieri, residenti e altri osservatori che è pronto. In pochi minuti, ha aperto due fori nel cranio della paziente e ha usato l'head rig per pilotare due lunghi tubi di metallo cavi attraverso gli strati esterni del suo cervello e nel mezzo della materia grigia. Nei tubi fa scorrere un paio di elettrodi sottili che saranno collegati al dispositivo che prevede di impiantare in seguito. Quindi rimuove i tubi, cuce i conduttori degli elettrodi nel cuoio capelluto usando fili di seta e riempie i fori con cemento a presa rapida.

Il dispositivo da impiantare nel corpo del paziente è efficace nel trattamento del DOC. Ma utilizza una tecnologia che esiste da decenni e il neurochirurgo veterano è certo che lui e altri medici hanno solo scalfito la superficie di ciò che potrebbe essere possibile una volta che le tecnologie odierne aggiorneranno i sistemi DBS disponibili in sala operatoria. Pensa a cosa è successo negli ultimi 20 anni in termini di miniaturizzazione e legge di Moore e tutto il resto, dice Eskandar. Hai questo dispositivo uscito negli anni '90. Quando è stato progettato negli anni '80, non avevo nemmeno un cellulare.

Il team di Eskandar osserva le registrazioni che catturano l'attività di singoli neuroni nel cervello del paziente. Durante l'operazione, il paziente viene sottoposto a test per aiutare a mappare i suoi circuiti neurali.

Il nuovo sistema in fase di sviluppo presso Draper, che Eskandar e i suoi colleghi di Mass. General hanno contribuito a progettare, sarà in grado di raccogliere dati da un massimo di 320 elettrodi, inclusi più gruppi di sensori posizionati sullo strato esterno del cervello, e fornire la stimolazione di conseguenza . Invece di un ingombrante processore impiantato nel torace o nell'addome di un paziente, il dispositivo sarà costituito da un hub centrale miniaturizzato, più piccolo di un telefono cellulare, con una batteria integrata. Il tutto sarà abbastanza compatto da adattarsi perfettamente alla parte posteriore del cranio. Il mozzo del cranio si collegherà a un massimo di cinque satelliti elettronici in ceramica e titanio che sono abbastanza piccoli da adattarsi a fori di sbavatura di dimensioni da dieci centesimi praticati nella parte superiore del cranio. Ciascuno di questi satelliti raccoglierà e trasmetterà i dati dagli elettrodi che saranno collegati ai sensori o ai cavi nel profondo del cervello. Il team ha anche creato una stazione base remota che comunica in modalità wireless con l'hub del cranio; può ricaricare la batteria dell'hub e analizzare i dati che ha memorizzato nel corso della giornata.

Il nuovo dispositivo, con i suoi molteplici cavi e sensori, potrebbe essere fondamentale se Eskandar e i suoi colleghi volessero estendere la tecnologia alla depressione e ad altri disturbi mentali più complicati. A metà degli anni 2000, lui e Dougherty hanno ottenuto l'approvazione per condurre uno studio che utilizzava la DBS per curare la depressione. I risultati, in alcuni casi, sono stati notevoli, suggerendo il potenziale che la squadra sta cercando di realizzare. Ma in molti altri casi, il trattamento è stato frustrantemente inefficace. Un dispositivo più avanzato potrebbe significare interventi molto più precisi su misura per i singoli pazienti e, forse, un trattamento efficace per un gruppo più ampio di persone.

Il loro primo paziente aveva provato tutti i farmaci che la scienza aveva da offrire, per non parlare di 30 cicli di terapia elettroconvulsivante. Il suo nome era Liss Murphy, e quando ha incontrato Dougherty nel 2006, era disperata. Un paio di anni prima, era stata una dinamica dirigente di pubbliche relazioni sui 30 anni che viveva a Chicago. Ma la depressione l'aveva resa incapace nel giro di poche settimane, lasciandola a malapena in grado di parlare. Un giorno ha lasciato il lavoro e non è più tornata. Costretta a trasferirsi a casa nell'area di Boston nel 2004, è finita al McLean Hospital.

Dopo che Eskandar ha operato Murphy, ha iniziato una sorprendente guarigione. Ha potuto riprendere i suoi rapporti con amici e familiari. Aveva un figlio e per la prima volta dopo anni ha provato di nuovo felicità, risate e gioia. Il potere dell'approccio le è stato portato a casa nel 2012, quando un'infezione ha richiesto ai medici di spegnere il dispositivo di Murphy per diversi mesi. In pochi giorni, la sua depressione tornò; ma quando il dispositivo è stato riacceso, dice, ha sperimentato una potente trasformazione fisica.

Era solo un'ondata di calore che sale attraverso di te, e potrei dire che era acceso, dice. Mi sono svegliato il giorno dopo ed era un mondo completamente nuovo. I colori fuori erano più luminosi. Mio figlio ed io siamo andati all'ora della storia. Erano passati mesi da quando solo lui e io avevamo fatto qualcosa. Tutto era di nuovo nuovo, ed era come se fossi arrivato dall'altra parte.

Ispirato, Dougherty ed Eskandar hanno ampliato i loro studi e hanno visto risultati simili con un certo numero di altri pazienti (sebbene certamente non tutti). A quel punto, era già in corso uno sforzo parallelo per utilizzare la DBS contro la depressione. Nel marzo 2003, Helen Mayberg, neurologa all'epoca presso l'Università di Toronto, aveva impiantato un dispositivo DBS in un paziente depresso, collocandolo in una fascia stretta di una struttura cerebrale chiamata cingolato sottogenuale. Ha pubblicato un articolo sulla rivista Neurone nel 2005, un anno prima dell'operazione di Murphy, riportando i risultati in sei soggetti (lo ha seguito con un gruppo di 20, che sono ancora seguiti oggi). Come Murphy, alcuni di loro erano stati virtualmente catatonici prima dell'intervento, ma si sono ripresi.

Il successo iniziale di Mayberg con DBS, insieme al lavoro di Eskandar e del gruppo di Dougherty, ha alimentato l'aspettativa che il dispositivo avrebbe presto ottenuto l'approvazione della FDA per una condizione che colpisce milioni di americani. Entrambi i gruppi hanno avuto un tasso di risposta intorno al 50%, con remissione in un terzo dei casi, secondo Dougherty. Ma gli ampi studi imposti dalla FDA prima che il trattamento potesse essere approvato hanno richiesto ai gruppi di controllo di misurare gli effetti del placebo. Gli sperimentatori hanno impiantato dispositivi DBS in tutti i volontari; quindi hanno assegnato in modo casuale metà a un protocollo standard di stimolazione e l'altra metà a un protocollo in cui l'elettrodo non viene mai acceso. Dopo aver analizzato i risultati preliminari, la FDA ha interrotto entrambi gli studi. Abbiamo finito per avere un effetto placebo abbastanza alto, dice Dougherty. Ma ha sicuramente funzionato in alcune persone.

Eskandar e Dougherty hanno visto troppi notevoli recuperi per scartare il trattamento. Mayberg rimane anche un convinto sostenitore del potere della DBS per curare la depressione. Tutti e tre, tuttavia, credono che un sistema DBS più sofisticato del tipo che Draper sta sviluppando possa rendere la terapia più efficace. Il motivo è semplice: i problemi che si verificano nella depressione e in altri disturbi psicologici non sono confinati in una sede anatomica. Sono malattie dei circuiti neurali e di solito presentano una serie complessa di sintomi, che possono variare a seconda di quale parte o parti del circuito sono interessate. Ciò significa che esistono diverse varietà di depressione e diverse varietà di pazienti con depressione; ogni persona potrebbe rispondere in modo diverso a seconda di dove, quando e come viene stimolato il cervello.

Un membro del team chirurgico valuta il paziente con l'elettrodo DBS impiantato, valutando i benefici e gli eventuali effetti collaterali della procedura.

Negli ultimi anni, Mayberg ha iniziato a mappare le complesse connessioni che si irradiano dal punto a cui punta in DBS, una regione chiamata area 25. Lavorando a ritroso, spera di decodificare il circuito e identificare tutti i suoi hub e componenti. Con un dispositivo più complesso in grado di rilevare e stimolare in più aree, ritiene, potrebbe essere più fattibile adattare gli interventi a soggetti diversi, adattando i modelli di stimolazione ai loro sintomi specifici e ai modelli di attivazione neurale.

Eskandar e Dougherty, nel frattempo, hanno ambizioni ancora più ampie. Sperano di sviluppare terapie per tutta una serie di altre condizioni mentali così complesse che trattarle con l'attuale generazione di dispositivi rozzi e unidirezionali sarebbe praticamente inimmaginabile.

Colori rivelatori

Seduto nel laboratorio di Eskandar, guardo un'immagine 3D rotante di un teschio traslucido e del cervello al suo interno. All'interno del cervello in bianco e nero, i modelli di attivazione neurale distinti sono evidenziati in tre diversi colori: turchese, arancione e magenta. Per creare le immagini, i colleghi di Eskandar hanno utilizzato la risonanza magnetica funzionale (fMRI), una tecnica che tiene traccia dei cambiamenti nell'attività neurale misurando il flusso sanguigno in diverse aree del cervello. Il turchese rappresenta i modelli di attivazione cerebrale registrati da un soggetto sano mentre eseguiva un compito specifico. L'arancione e il magenta rappresentano i modelli di attivazione registrati dal cervello di due pazienti psichiatrici mentre eseguivano lo stesso compito. Tutti e tre i modelli appaiono diversi. Sebbene ai pazienti arancione e magenta sia stata diagnosticata una depressione maggiore, a ciascuno è presente una condizione aggiuntiva: uno soffre di disturbo da stress post-traumatico e l'altro ha un disturbo d'ansia generalizzato.

Questi disturbi, per definizione, sono costellazioni di sintomi, dice Dougherty. Ecco perché, sostiene, un trattamento più preciso, meglio adattato ai singoli pazienti, potrebbe fare la differenza. Non c'è punto di depressione, dice. Non c'è punto PTSD. Non vi è alcun punto di disturbo borderline di personalità.

Utilizzando il sistema DBS attualmente disponibile, Eskandar spiega mentre indica i modelli cerebrali dei due pazienti depressi, la strategia di trattamento sarebbe semplicemente quella di accendere un elettrodo e stimolare la stessa area del cervello per entrambi i pazienti. L'avanzato sistema DBS Dougherty ed Eskandar stanno sviluppando con Draper, al contrario, sarà in grado di rilevare modelli anormali di attività cerebrale in tempo reale e stimolare le aree interessate. Dovrebbero adattarsi quando emergono nuovi schemi, applicando ogni volta una scossa di elettricità nel punto giusto.

Eskandar richiama ancora una volta la mia attenzione sullo schermo. Le tre scansioni cerebrali che stiamo guardando, mi dice, sono state tutte registrate mentre i pazienti eseguivano un compito che misurava la loro capacità di calmare le aree emotive del cervello e rispondere a una domanda che richiedeva concentrazione e chiarezza mentale. Eskandar indica uno degli schemi di attivazione cerebrale dei pazienti depressi, spiegando che è lo stesso schema che si trova di solito nei pazienti che manifestano sintomi di PTSD. La parte del cervello guidata dalle emozioni chiamata amigdala è accesa dall'attività. Sta sparando in modo molto più robusto rispetto alle amigdale di pazienti normali che svolgono questo stesso compito. È come se la parte emotiva del cervello di questo paziente stesse urlando, soffocando tutto il resto.

Immagina, suggerisce Eskandar, se potessimo semplicemente ignorare questa reazione, attivando e disattivando manualmente le aree appropriate. In effetti, ha già tentato di dimostrare proprio che in un paziente a cui sono stati impiantati degli elettrodi in preparazione all'intervento chirurgico per curare l'epilessia (i neurochirurghi usano spesso questa tecnica per monitorare l'attività e verificare la posizione precisa da cui hanno origine le crisi). Eskandar e il suo team hanno potuto aumentare la risposta emotiva del paziente all'immagine di un volto umano stimolando l'amigdala e sono stati in grado di attenuare quella risposta stimolando un'area diversa, la corteccia cingolata dorsale anteriore.

Il team spera di progettare tutta una serie di nuovi trattamenti DBS: gli elettrodi del dispositivo verranno inseriti in posizioni scelte in base alla costellazione di sintomi di ciascuna persona e le particolari anomalie nei circuiti cerebrali determineranno dove verrà attivata la corrente. Eskandar è ottimista sulle prospettive di trattamento della depressione con questi nuovi strumenti. Ha anche grandi speranze per il trattamento del disturbo da stress post-traumatico e del disturbo d'ansia generalizzato. Si sente anche bene riguardo alle possibilità di curare la dipendenza, la schizofrenia e le lesioni cerebrali traumatiche. Ma riconosce che alcune delle condizioni che lui e Dougherty intendono prendere di mira, come il disturbo borderline di personalità, rimangono ambiziose. Anche nell'unico disturbo psichiatrico per il quale la DBS è approvata dalla FDA, il DOC, il tasso di successo si aggira ancora intorno al 50 percento, un chiaro promemoria delle sfide che ci attendono.

In effetti, Eskandar e Dougherty non si fanno illusioni. Il cervello umano rimane uno dei sistemi biologici più enigmatici e complessi conosciuti. E per molti versi i nostri sforzi per capirlo sono ancora agli inizi. Entro la fine di quest'anno, dice Eskandar, spera di dimostrare che il nuovo sistema può essere programmato per percepire un modello specifico di attività cerebrale e rispondere ad esso. È un test relativamente semplice della tecnologia. Anche così, il successo non è assicurato. Sono sicuro che non funzionerà la prima volta, o probabilmente anche la terza volta, dice. Ma alla fine funzionerà. E continueremo a provare finché non lo faremo bene.

Adam Piore è un giornalista freelance con sede a New York.

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