Judith Killgore (New Mexico, United States) - Brain Power

Malato di SLA invia e-mail e twitter con il solo pensiero

di Vincenzo Rampolla

Siamo abituati alle cose straordinarie, dalle passeggiate sulla Luna, alle scorribande marziane su rover, a rotazioni intorno alla corona solare a oltre 600.000 km/h, al viaggio turistico in astronave.

E che dire del ripristino della funzione cardiaca con pacemaker e defibrillatori impiantabili e del recupero dell'udito per i non udenti con impianti cocleari, della visione elementare ridata ai ciechi e ancora? E del tremore del Parkinson, vinto con la stimolazione elettrica delle regioni corticali profonde? Come migliorarne l’ansia e la depressione usando un nuovo strumento: il pensiero?

Esistono prove che indicano che si possono rilevare e sopprimere le crisi epilettiche e che le informazioni neurali registrate e decodificate possono consentire ai paralizzati di controllare sedie a rotelle e computer direttamente con la mente. Per fare questo sono stati utilizzati nuovi elettrodi che richiedono comunque la rimozione di una porzione del cranio o la creazione di un piccolo foro per accedere al cervello, procedura chirurgica invasiva e non priva di rischi per il paziente.

Roba di tutti i giorni. Ma si potrebbe migliorare, con un altro passo in avanti?

Sì. È qui la meraviglia, riservata dalla scienza dei primissimi giorni del 2022.

Ecco l’incredibile: usare la mente per vedere scritto ciò che si sta pensando.

Studi sull'uomo di un dispositivo unico e speciale, sono stati progettati per trattare il cervello con una stimolazione elettrica di altissimo profilo. Hanno portato al prodigioso, al miracolistico: lo Stentrode, impianto dal potenziale adatto a trattare numerose situazioni neurologiche e migliorare decisamente la qualità della vita. Dove? Quando? Primo esempio al mondo in Australia: una coppia di uomini affetti da SLA, Sclerosi Laterale Amiotrofica, malattia neurodegenerativa progressiva che colpisce i motoneuroni, le cellule nervose cerebrali e del midollo spinale che consentono il moto della muscolatura volontaria.

Una prima versione del dispositivo Stentrode è stata prodotta nel 2016, quando i ricercatori  hanno sperimentato un nuovo tipo di impianto inserendolo nel cervello di animali. L'idea? Trovare un modo per registrare l'attività cerebrale e stimolare l'organo senza intervenire con speciali mezzi meccanici e rimuovere con una fresa chirurgica una parte del cranio per inserire fili e elettrodi. Intervento chirurgico altamente invasivo.

Stentrode deriva dalla combinazione di rode (da electrode) con stent, un tubicino a rete di speciali materiali riassorbibili che può essere introdotto negli organi cavi (vene, arterie o intestino) per sostenerne le pareti interne. Nel tempo, assorbito dal tessuto organico con cui è in contatto, riduce i rischi di presenza di un corpo estraneo nell’organismo; Stentrode misura circa 5 cm di lunghezza e un massimo di 4 mm di diametro, è un insieme di elettrodi in platino montato su uno stent endovascolare in nitinol (Nichel Titanium Naval Ordinance Laboratory) lega di nichel e titanio, elementi in uguale percentuale atomica. Esso presenta una deformazione pari a circa 8,5% e per sfruttare la sua proprietà di memoria di forma, richiede elevata attenzione alla temperatura di esercizio dello specifico intervento. Non è magnetico, ha ottima resistenza a corrosione, buona duttilità e forte biocompatibilità.

Queste caratteristiche, unite alla sua superelasticità, lo rendono ideale per una serie di applicazioni nelle quali può agire da attuatore recuperando la sua forma originale, oppure esercitare forze, anche grandi, sulle strutture a cui è vincolato.
Nel caso dei pazienti australiani, Stenrode è impiantato tramite la vena giugulare in un vaso sanguigno vicino al tessuto corticale, alla corteccia motoria e alla corteccia sensoriale, senza la chirurgia a cervello aperto. L'inserimento attraverso il vaso sanguigno evita la penetrazione diretta e il danneggiamento del tessuto cerebrale. Una volta in posizione, si espande e preme gli elettrodi contro la parete del vaso vicino al cervello ove può registrare informazioni neurali e fornire direttamente impulsi sulle zone interessate. Si arresta quando si posa sulla corteccia motoria, la regione del cervello responsabile della pianificazione e dell'esecuzione dei movimenti volontari e può stimolare le regioni cerebrali che corrispondono a particolari movimenti muscolari, (come dimostrato negli studi preclinici su pecore). I segnali vengono catturati e inviati a un dispositivo con antenna wireless sistemata sul torace, che li invia a un ricevitore esterno: schermo, computer o telefono.

L'impianto è in grado di funzionare a due vie di comunicazione, ovvero può sia percepire i pensieri che stimolare il moto, agendo essenzialmente come un circuito di feedback entro il cervello (effetto retroattivo di un messaggio o di un’azione sulla sorgente di origine). Offre in pratica potenziali applicazioni per assistere le persone con lesioni al midollo spinale e controllare arti protesici robotici con i loro pensieri. Il dispositivo è stato concepito dal neurologo australiano Thomas Oxley, professore associato che ha lavorato sul Stentrode presso l'Università di Melbourne dal 2011. Ha sviluppato l’impianto nel 2010. La sperimentazione umana è iniziata con pazienti selezionati in genere tra persone con arti paralizzati o mancanti, che hanno subito ictus, lesioni del midollo spinale, SLA, distrofia muscolare e amputazioni. Stentrode è stato impiantato per la prima volta in un paziente nel 2020 e poi in un secondo soggetto ad aprile 2021.

I pazienti hanno seguito una formazione assistita attraverso un programma di apprendimento automatico per utilizzare il segnale elettrocorticografico trasmesso in modalità wireless associato ai tentativi di movimento per controllare più azioni del clic del mouse, inclusi zoom e clic sinistro. Utilizzato in combinazione con un eye-tracker [registratore dei movimenti degli occhi] per la navigazione del cursore, essi hanno ottenuto il controllo del sistema operativo Windows 10 per controllare gli sms e la digitazione attraverso il pensiero diretto.

Hanno raggiunto questo obiettivo con una precisione non inferiore a 92% in 3 mesi di lavoro e hanno mantenuto tale livello per 9 mesi, a partire da novembre 2020. Potrebbero anche digitare a una velocità massima di 20 caratteri/minuto. Philip O'Keefe, il secondo paziente, è ora in grado di utilizzare Stentrode per navigare in Internet, scrivere e-mail, lavorare part-time nell'inserimento dati e controllare la propria situazione bancaria on line. Pensando di muovere la caviglia sinistra, è in grado di eseguire un clic del mouse. Negli ultimi 6 mesi ha perso forza e flessibilità nelle braccia a causa della progressione della malattia, che lentamente distrugge i neuroni nel cervello e alla fine porta alla paralisi. Questo lo ha reso incapace di usare la tastiera di un computer con le mani, ma grazie a Stentrode ha ripreso la sua attività. Entrambi i pazienti australiani usano ora la tecnologia nel proprio ambiente domestico, come parte delle loro attività quotidiane. 

Si tratta di riqualificare il cervello per operare in un modo diverso, racconta Philip. Quando ne ho sentito parlare per la prima volta, già sapevo quanta indipendenza avrebbe potuto darmi. Il sistema è incredibile, è come imparare ad andare in bicicletta: serve un po’ di pratica, ma quando inizi ad andare, diventa naturale. Adesso penso solo a dove voglio cliccare sul computer e posso mandare email, gestire il mio conto, fare acquisti e inviare anche messaggi al mondo via Twitter. Hello, world! Short tweet. Monumental progress. [Ciao, mondo! Breve tweet, gigantesco progresso] è stato il mio primo messaggio al pianeta postato sui social solo con il pensiero.

Portare questa tecnologia a buon fine, e arrivare ora alla fase clinica in cui sta effettivamente aiutando qualcuno, è ciò che sognavamo quando abbiamo iniziato, ha precisato Oxley: Philip ha composto sette tweet e ha messo diversi like. Questi tweet rappresentano un momento importante per il settore delle interfacce cervello-computer impiantabili. Dimostrano la connessione, la speranza e la libertà che danno a persone come Phil che hanno perso gran parte della loro indipendenza funzionale a causa di una paralisi. Non vediamo l’ora di far avanzare la nostra interfaccia Stentrode nel primo studio clinico negli Stati Uniti il prossimo anno. Il team conta di ricevere l'approvazione della FDA (Food and Drug Administration - Usa) almeno entro 5 anni.

Parte della motivazione originale per lo sviluppo di Stentrode è stata di consentire a chi soffre di paralisi di controllare gli esoscheletri robotici. I ricercatori sanno che questo rimane parte del piano a lungo termine. In seguito ci saranno altri studi per esplorare come può essere utilizzato per svolgere le funzioni di base del computer e si è subito avviata la nuova fase di sperimentazione con il terzo partecipante che ha da poco ricevuto l'impianto.

(consultazione:  nature – biomedical engineering – articles https://doi.org/10.1038/s41551-018-0321-z1vascular bionics laboratory, department of medicine (royal melbourne hospital), university of melbourne; paul burston – univ.melbourne; nick lavars – journal neurointerventional surgery; sputnik.italia; computermagazine.it – alessandra costagliola)