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Un "pacemaker cerebrale" wireless in grado di rilevare e prevenire le convulsioni

Gli ingegneri hanno progettato un "cervello" wireless pacemaker' che può rilevare e prevenire tremori o convulsioni in pazienti affetti da disturbi neurologici

Secondo l'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) i disturbi neurologici colpiscono più di un miliardo di persone in tutto il mondo e causano più di 6 milioni di morti ogni anno. Questi disturbi includono l’epilessia, La malattia di Alzheimer, ictus cerebrale o lesioni e Morbo di Parkinson. L'impatto di queste malattie è presente sia nei paesi sviluppati che in quelli in via di sviluppo e molte volte il trattamento non è disponibile a causa della mancanza di un sistema sanitario adeguato, di personale qualificato o di altri fattori. La popolazione mondiale sta invecchiando e secondo l'OMS, nei prossimi 30-40 anni più della metà della popolazione avrà più di 65 anni. È imperativo capire che i disturbi neurologici rappresenteranno un enorme onere per la salute nel prossimo futuro

Un 'pacemaker' per il cervello

Gli ingegneri dell'Università della California Berkeley, USA, hanno progettato un nuovo neurostimolatore in grado di ascoltare ("registrare") e contemporaneamente stimolare ("fornire") la corrente elettrica all'interno del cervello. Un tale dispositivo può fornire un trattamento personalizzato perfezionato per i pazienti affetti da disturbi neurologici, in particolare dal morbo di Parkinson e dall'epilessia. Il dispositivo è denominato WAND (dispositivo di neuromodulazione senza artefatti wireless) e potrebbe anche essere chiamato "pacemaker cerebrale' simile al cuore pacemaker – un minuscolo dispositivo alimentato a batteria in grado di rilevare quando il cuore batte in modo irregolare e quindi invia un segnale al cuore per raggiungere il ritmo corretto desiderato. Allo stesso modo, il cervello pacemaker è in grado di monitorare in modalità wireless e autonoma l'attività elettrica del cervello e una volta imparato a identificare segni o caratteristiche di un tremore o sequestro nel cervello, il dispositivo può autoregolare i parametri di stimolazione erogando la stimolazione elettrica "corretta" quando qualcosa non è in ordine. Si tratta di un sistema a circuito chiuso in grado di registrare oltre a stimolare parallelamente ed è in grado di regolare i diversi parametri in tempo reale. WAND è in grado di registrare l'attività elettrica nel cervello su più di 125 canali in un sistema a circuito chiuso. Per una dimostrazione pratica, i ricercatori hanno dimostrato che WAND era in grado di riconoscere e adottare misure appropriate per ritardare con successo i movimenti del braccio estremamente specifici nelle scimmie primate (macachi rhesus).

Sfide con i dispositivi precedenti

Una delle maggiori sfide nel trovare la giusta terapia per un paziente con una condizione neurologica è la lunga durata della prima ricerca di una procedura e poi gli alti costi coinvolti. Qualsiasi dispositivo del genere potrebbe prevenire in modo molto efficace tremori o crisi epilettiche nei pazienti. Tuttavia, le firme elettriche che precedono l'effettivo sequestro o un tremito sono estremamente sottili. Inoltre, anche la frequenza e la forza della stimolazione elettrica desiderata che ha la capacità di prevenire questi tremori o convulsioni è molto sensibile. Questo è il motivo per cui piccoli aggiustamenti per particolari pazienti di solito richiedono anni prima che qualsiasi dispositivo di questo tipo sia in grado di fornire un trattamento ottimale. Se queste sfide vengono affrontate adeguatamente, può esserci un netto aumento dei risultati e dell'accessibilità.

In un nuovo studio pubblicato in Natura Ingegneria Biomedica, i ricercatori volevano che il dispositivo offrisse il miglior risultato possibile per un paziente fornendo una stimolazione ottimale. Ciò è ottenibile solo ascoltando e registrando i modelli o le firme neurali. Tuttavia, registrare e stimolare i segnali elettrici è molto impegnativo poiché le grandi pulsazioni fornite dalla stimolazione possono sopraffare i segnali elettrici nel cervello. Il problema con gli attuali stimolatori cerebrali profondi è che non sono in grado di "registrare" e allo stesso tempo "fornire" la stimolazione alla stessa regione del cervello. Questo aspetto è il più cruciale per qualsiasi terapia a ciclo chiuso e nessun dispositivo del genere è attualmente disponibile in commercio o in altro modo.

È qui che entra in gioco l'eccezionalità di WAND. I ricercatori hanno progettato circuiti personalizzati WAND in grado di "registrare" segnali completi sia dalle onde cerebrali sottili che da pulsazioni elettriche più forti. La sottrazione del segnale dalle pulsazioni elettriche si traduce in un segnale più chiaro dalle onde cerebrali che nessuno dei dispositivi esistenti è in grado di fare. Pertanto, la stimolazione e la registrazione simultanee nella stessa regione del cervello ci comunicano gli eventi esatti che possono essere utilizzati per progettare una terapia ideale. WAND consente la riprogrammazione per l'uso in diverse applicazioni. In un esperimento dal vivo sulle scimmie, il dispositivo WAND è stato abile nel rilevare le firme neurali ed è stato quindi in grado di fornire la stimolazione elettrica desiderata. Per la prima volta, è stato dimostrato che un sistema a circuito chiuso svolge questi due compiti insieme.

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{Puoi leggere il documento di ricerca originale facendo clic sul collegamento DOI indicato di seguito nell'elenco delle fonti citate}

Fonte (s)

Zhou A et al 2018. Un dispositivo di neuromodulazione a 128 canali wireless e privo di artefatti per la stimolazione a ciclo chiuso e la registrazione nei primati non umani. Natura Ingegneria Biomedica.
https://doi.org/10.1038/s41551-018-0323-x

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