Lo sviluppo di dispositivi bionici "controllati dalla mente" ha fatto un ulteriore passo avanti oggi con la pubblicazione di a Nature Biotechnology paper descrivendo come un piccolo stent lungo 3cm contenente elettrodi 12 potrebbe un giorno aiutare le persone che vivono con lesioni al midollo spinale a camminare con il potere del pensiero.

Il dispositivo, chiamato "stentrodo", viene inserito nella vena giugulare del collo e spinto verso l'alto fino a raggiungere la corteccia motoria del cervello, che è responsabile dell'attività muscolare.

Ho fatto parte del team di 39 per persone che ha sviluppato e testato il dispositivo e ora stiamo pianificando una sperimentazione clinica il prossimo anno a Victoria.

Come funziona?

La posizione dello stentrode, accanto alla corteccia motoria, consente di ricevere segnali neurali che avviano il movimento. Invia quei segnali attraverso microlead 12 nell'interfaccia di un computer.

L'Università di Melbourne. Fonte

Qui, i segnali sono tradotti in informazioni che potrebbero manipolare qualsiasi cosa, da un arto prostetico bionico a un esoscheletro di tutto il corpo, uno scheletro esterno di tipo trasformatore.

Il lavoro si basa su ricerche precedenti, che in 2002 hanno trovato le scimmie potrebbero spostare il cursore di un computer con il potere del pensiero. Ciò ha dimostrato che era teoricamente possibile controllare un arto bionico usando solo il pensiero.

Successivamente, i ricercatori hanno utilizzato dispositivi a elettrodi, come il Array di elettrodi Utahe li ha impiantati chirurgicamente appena sotto il cranio nella corteccia umana. Questi dispositivi hanno prodotto risultati sorprendenti, tra cui il capacità per i pazienti paralizzati far funzionare un arto bionico remoto, completamente separato dal corpo, e bere un sorso di caffè. Questi dispositivi sono ancora in fase di sviluppo da parte di una società chiamata BrainGate.

Tuttavia, l'inserimento di questi dispositivi richiede un importante intervento chirurgico al cervello che comporta rischi di infezione e rigetto immunitario. Gli array di elettrodi impiantati chirurgicamente possono anche causare infiammazione al cervello e subire un degrado della qualità del segnale da sei mesi a un anno.

Lo stentrode mira a superare questi problemi. Sedendosi all'interno della vascolarizzazione del cervello, lo stentrodo viene incorporato nella parete del vaso, proteggendolo dalle cellule immunitarie del cervello. I nostri studi preclinici dimostrano che il cervello segnala che il prelievo dello stentrode in realtà diventa più pulito e più forte con il passare del tempo quando questa incorporazione dei vasi sanguigni avviene.

Passaggio successivo: impianto di pazienti

I primi pazienti a ricevere gli impianti stentrodi saranno le persone che hanno subito una lesione spinale e sono finite con la quadriplegia.

Prima di ricevere l'impianto, i pazienti saranno sottoposti a scansione MRI funzionale. Verrà loro chiesto di immaginare di muovere il braccio a sinistra e a destra, su e giù, e di immaginare di muovere la mano verso obiettivi sullo schermo di un computer.

Ciò produrrà una mappa virtuale della corteccia motoria a cui i chirurghi possono mirare durante l'intervento di impianto di stentrodi, per garantire che il dispositivo si sovrapponga alla regione appropriata della corteccia motoria.

Quindi il cervello del paziente inizierà un paradigma di apprendimento, molto simile all'apprendimento di suonare uno strumento o una nuova abilità motoria. I neuroni nella corteccia motoria si attivano in risposta al pensiero di un paziente, che verrà quindi tradotto in un movimento di un cursore, un arto bionico o un esoscheletro.

Inizialmente questi movimenti saranno a scatti, non coordinati e produrranno risultati errati. Ma attraverso un processo di tentativi ed errori, le proprietà neuroplastiche del cervello gli permetteranno di affinare l'attività neurale, consentendo infine attività coordinate come bere un caffè o camminare con l'aiuto di un esoscheletro.

Altri possibili usi

Il sistema vascolare altamente ramificato del cervello significa che lo stentrodo potrebbe potenzialmente essere depositato in altre navi per trattare una varietà di malattie.

Ha il potenziale per prevedere convulsioni epilettiche, ad esempio, se collocate nella regione del cervello che provoca le convulsioni. L'attività neurale del cervello cambia in modo prevedibile prima dell'inizio di un attacco. Lo stentrode potrebbe captare questi segnali di avvertimento rivelatori, avvisando il paziente di interrompere qualsiasi attività che mettesse in pericolo loro o altri, come guidare o nuotare.

Lo stentrodo potrebbe anche essere usato come dispositivo di neurostimolazione. Le attuali terapie per il morbo di Parkinson comprendono la stimolazione cerebrale profonda (DBS) per rilasciare la dopamina necessaria per movimenti regolari e coordinati. L'uso dello stentrode come stimolatore alternativo allevia il rischi di impiantare stimolatori in profondità nel cervello.

Il dispositivo potrebbe anche aiutare le persone con malattia dei motoneuroni (MND) a cui viene privata della capacità di muoversi, parlare, mangiare e infine respirare. Nella fase in cui le persone perdono la capacità di comunicare, lo stentrode potrebbe essere utilizzato per fornire un'interfaccia che consenta alle persone di controllare un computer. Ciò potrebbe dare loro preziosi mesi o anni in cui possono continuare a comunicare con i loro cari.

I primi studi clinici nell'uomo sullo stentrode sono previsti per 2017. A condizione che vengano visualizzati i risultati previsti, speriamo che una versione commercialmente disponibile della tecnologia sia disponibile nella prima metà degli 2020.

Nel frattempo, uno scopo è quello di aggiungere più elettrodi, consentendo un controllo più preciso per i pazienti paralizzati non solo per camminare di nuovo, ma anche per ottenere movimenti delle dita sottili. Potremmo un giorno vedere un virtuoso del violino "paralizzato"? Possiamo provarci.