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Una protesi per l'equilibrio
Immagina un mondo in cui la terra trema a ogni passo, dove non puoi distinguere l'alto dal basso in una stanza buia, o dove camminare su un morbido tappeto ti fa perdere l'equilibrio. Questa è la realtà per le persone che hanno perso la funzione del sistema vestibolare, parte dell'orecchio interno che controlla l'equilibrio.
I neuroscienziati della Massachusetts Eye and Ear Infirmary, a Boston, si stanno preparando per testare una nuova protesi che potrebbe aiutare. In un mese, Dan Merfeld accenderà l'interruttore su un dispositivo sperimentale impiantato in una scimmia rhesus il cui sistema vestibolare è stato disabilitato. Merfeld e il suo collaboratore Richard Lewis spero che il dispositivo faccia per l'equilibrio ciò che l'impianto cocleare ha fatto per l'udito. Se riuscissimo a dimostrare che possiamo migliorare l'equilibrio nelle scimmie, questo sarebbe uno stimolo per passare agli studi clinici, afferma Lewis, uno scienziato e otoneurologo (un neurologo specializzato in malattie dell'orecchio).
L'impianto cocleare, un dispositivo elettronico impiantato chirurgicamente che dà alle persone sorde un senso del suono, è stata la protesi neurale di maggior successo fino ad oggi. Merfeld, Lewis e altri stanno sfruttando le tecnologie sviluppate per quell'impianto per creare una protesi simile per il sistema vestibolare.
L'orecchio interno funziona come un giroscopio. Tre strutture orientate ortogonalmente, chiamate canali semicircolari, rilevano l'orientamento della testa tramite il movimento del fluido all'interno dei canali. I nervi collegati a queste strutture inviano un treno di segnali neurali al cervello, che integra tali informazioni con segnali visivi e altri segnali per mantenere l'equilibrio e stabilizzare la vista, ad esempio per mantenere gli occhi concentrati su un punto mentre camminiamo, eliminando il nervosismo , effetto fotocamera a mano che altrimenti potremmo percepire. Quando il sistema vestibolare viene spazzato via, possono verificarsi gravi problemi di equilibrio. Tale disturbo a volte è un effetto collaterale degli antibiotici. Può anche essere causato da traumi, infezioni e alcune malattie. Ad esempio, più di 500.000 persone negli Stati Uniti soffrono della malattia di Meniere, una malattia particolarmente debilitante dell'orecchio interno.
I pazienti possono rimanere con sintomi di squilibrio, che a volte è paralizzante, per sempre, dice Timothy E. Hullar , otorinolaringoiatra presso la Washington University School of Medicine, a St. Louis. Come medico con un numero di pazienti con perdita vestibolare bilaterale, sono molto entusiasta di pensare che tra qualche anno le protesi potrebbero essere un'opzione di trattamento.
La relativa semplicità del sistema vestibolare lo rende un bersaglio ideale per la protesi. Il canale orientato orizzontalmente, ad esempio, rileva il movimento sinistra-destra, come un movimento negativo della testa. I neuroni che si collegano a questo canale inviano impulsi elettrici al cervello a un ritmo elevato quando la testa gira a sinistra ea un ritmo basso quando si gira a destra. La protesi di Merfeld imita questo sistema di segnalazione: un sensore di movimento sulla testa misura la rotazione, inviando tali informazioni a un microprocessore che le converte in impulsi elettrici, che vengono trasferiti a un elettrodo impiantato nell'orecchio interno.
Ricerche precedenti hanno dimostrato che il dispositivo può aiutare le scimmie scoiattolo che avevano una parte del loro sistema vestibolare resa disfunzionale. Quando il dispositivo è stato acceso, il riflesso vestibolo oculare delle scimmie è migliorato, il che significa che potevano mantenere gli occhi stabili mentre le loro teste si muovevano. (Finora, i ricercatori hanno preso di mira solo uno dei canali con la loro protesi. Altri scienziati che lavorano nel campo hanno preso di mira tutti e tre i canali nei roditori.)
Il team ora vuole determinare quanto bene il dispositivo può trattare altri sintomi di disturbi vestibolari, come l'equilibrio e la percezione. (Il cervello utilizza le informazioni dal sistema vestibolare per controllare sia i muscoli che muovono i nostri occhi sia i muscoli posturali che ci tengono in posizione eretta.)
Misurare questi sensi si è rivelato difficile da fare, anche negli esseri umani. Gestiamo il nostro sistema vestibolare, a differenza della vista o dell'udito, in gran parte inconsciamente, rendendo difficile per le persone riportare quantitativamente ciò che percepiscono, afferma Christopher Platt, che supervisiona l'equilibrio e la ricerca vestibolare presso il Istituto nazionale sulla sordità e altri disturbi della comunicazione . Quindi Merfeld e Lewis testeranno la loro protesi nella scimmia rhesus, che può essere addestrata per eseguire test complessi. Per testare l'equilibrio, ad esempio, agli animali viene insegnato a stare in piedi con un arto su ciascuna delle quattro piccole piattaforme che si muovono individualmente, dando l'illusione di un terremoto. Quindi i ricercatori misurano la capacità dell'animale di mantenere l'equilibrio in risposta ai movimenti. Per misurare la percezione, agli animali viene insegnato a girare un volante per orientare verticalmente una linea sullo schermo di un computer. Senza altri segnali visivi, una scimmia o una persona senza funzione vestibolare orienterà la linea con la stessa angolazione della testa.
Questo è molto importante perché significa che possono testare le scimmie con esattamente gli stessi test che danno agli umani e ottenere una stima migliore di come sta andando il loro dispositivo, con la speranza che possa essere trasferibile negli umani, dice Platt.
Se tutto va bene negli esperimenti iniziali, i ricercatori sperano di aumentare la complessità del dispositivo, mirando a tutti e tre i canali dell'orecchio interno e, infine, ad altre strutture. Né il gruppo di Merfeld né altri che lavorano nel campo hanno ancora preso di mira una seconda serie di strutture vestibolari, gli organi otolitici, che percepiscono l'accelerazione lineare della testa.