IL PRIMO DISPOSITIVO
CHE COMPENSA LA PARALISI
Per la prima volta è stato dimostrato che un dispositivo artificiale può compensare una paralisi. Il risultato è stato ottenuto da Moritz, Perlmutter e Fetz, del Dipartimento di Fisiologia e Biofisica e del Washington National Primate Research Center della Washington University a Seattle, impiegando i risultati di due diversi filoni di ricerca ed applicandoli a due scimmie nelle quali era stata indotta paralisi artificiale (Moritz C. T., Perlmutter S. I., Fetz E. E., Direct control of paralyzed muscle by cortical neurons. Nature 456, 639-642, 2008).
I danni del midollo spinale, più frequentemente delle lesioni dei nervi periferici, causano l’interruzione delle vie che collegano il cervello ai muscoli scheletrici responsabili dello spostamento dei segmenti corporei che assicurano il compimento di gesti ed azioni. Una strategia sperimentale per aggirare il sito di interruzione, consiste nello studio dell’impiego di un’interfaccia cervello-macchina che invii i segnali del controllo cerebrale direttamente ai muscoli, ma l’effettiva realizzazione di un dispositivo in grado di esplicare efficientemente tale funzione è stata considerata fino a tempi recenti una possibilità remota. I tre ricercatori della Washington University sono riusciti in questa impresa, combinando gli esiti di ricerche che dimostravano che i muscoli paralizzati possono essere attivati mediante stimolazione elettronica funzionale (functional electronic stimulation, FES) e di studi che mostravano come i neuroni della corteccia motoria possono controllare cursori di computer e, soprattutto, arti robotici mediante un’interfaccia cervello-macchina (Note e Notizie 12-07-08 Uso di un braccio robotico per nutrirsi).
L’attività di singoli neuroni motori corticali è stata convertita in stimolazioni funzionali dei muscoli del polso paralizzati, in esemplari di Macaca nemestrina. Negli esperimenti, le scimmie potevano imparare a controllare questa attività per produrre contrazioni muscolari dirette ad uno scopo.
Per determinare se l’attività neuronica corticale poteva essere usata per stimolare il muscolo direttamente, i ricercatori hanno temporaneamente paralizzato un braccio dei primati, mediante anestesia locale dei nervi periferici innervanti il polso. L’attività dei neuroni motori della corteccia cerebrale, mediante un’interfaccia computerizzata, era convertita in impulsi FES diretti ai muscoli paralizzati, ed è stato disposto un cursore su uno schemo di computer, in modo che la sua posizione rappresentasse i movimenti di rotazione del polso (escursioni parziali di prono-supinazione) indotti dalla stimolazione elettronica. Le scimmie imparavano rapidamente a controllare i muscoli dell’avambraccio paralizzato, usando solo l’attività selezionata dei neuroni corticali, e in tal modo erano in grado di effettuare i movimenti del polso necessari per spostare il cursore ed ottenere una ricompensa. Hanno anche imparato ad indurre rilassamento muscolare quando richiesto, tenendo il tasso di scarica dei neuroni al di sotto di una determinata soglia.
Le scimmie raggiungevano un livello molto elevato di accuratezza della prova dopo solo pochi minuti di pratica, con 44 dei 45 neuroni valutati. Il successo della prova è risultato indipendente dall’originale selettività direzionale del neurone, suggerendo che potenzialmente qualsiasi neurone delle aree motorie corticali possa essere impiegato.
Il sistema ha anche dimostrato di essere flessibile, in quanto le scimmie erano in grado di raggiungere diversi gradi di forza nei movimenti di rotazione, controllando l’attività di un singolo neurone.
La sperimentazione ha poi consentito ai tre ricercatori di ottenere altri risultati interessanti, studiando le potenzialità della singola cellula corticale: un neurone poteva essere usato per controllare simultaneamente due set di muscoli antagonisti per consentire movimenti bi-direzionali, e una delle scimmie è riuscita a controllare simultaneamente due coppie di fibrocellule muscolari.
Questo studio dimostra che un arto paralizzato può compiere movimenti flessibili e diretti allo scopo mediante un dispositivo single-cell-FES-interface, e propone la prima effettiva realizzazione di un progetto a lungo elaborato che consente, con un semplice apprendimento alla portata di una scimmia, la motilità di muscoli integri che non ricevono più dal nervo la stimolazione necessaria per tono, trofismo e riflessi.
Ulteriori sviluppi di questa tecnologia e della metodica d’uso, porteranno alla realizzazione di dispositivi impiantabili che consentiranno a persone affette da paralisi, l’esecuzione di alcuni fra i principali movimenti volontari.
L’autore
della nota ringrazia il presidente della Società Nazionale di Neuroscienze,
Giuseppe Perrella, per la segnalazione della pubblicazione qui recensita.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]