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Neurostimolatore wireless per i disturbi neurologici

Il nuovo neurostimolatore WAND funziona come un pacemaker per il cervello. Effettua trattamenti mirati ai pazienti affetti da epilessia e Parkinson

Un nuovo neurostimolatore sviluppato dagli ingegneri dell'UC Berkeley può percepire e stimolare la corrente elettrica nel cervello allo stesso tempo, offrendo trattamenti mirati ai pazienti con malattie come l'epilessia e il Parkinson.

Il dispositivo, chiamato WAND, funziona come un “pacemaker per il cervello”, controlla l'attività elettrica del cervello fornendo una stimolazione elettrica nel momento in cui rileva qualcosa di anomalo.

Questi dispositivi possono essere estremamente efficaci per prevenire tremori o convulsioni debilitanti in pazienti con una varietà di condizioni neurologiche. Gli impulsi elettrici che precedono un attacco o un tremore possono essere estremamente deboli. Per prevenire questi disturbi neurologici la frequenza e la forza della stimolazione elettrica richieste devono essere particolarmente mirate.

I precedenti dispositivi offrivano un trattamento ottimale solo dopo anni di piccoli aggiustamenti da parte dei medici. 'WAND' (Wireless Artifact-free Neuromodulation Device) è un dispositivo wireless autonomo: nel momento in cui riconosce i segni del tremore o delle convulsioni, ha la capacità di regolare autonomamente i parametri di stimolazione che inibiscono i movimenti indesiderati. Questo dispositivo a circuito chiuso può stimolare e registrare simultaneamente, ma anche regolare i parametri in tempo reale. 'WAND' può registrare l'attività elettrica su 128 canali o da 128 punti nel cervello. Un coefficiente molto elevato se si considera che i tradizionali sistemi a circuito chiuso si basano su otto canali. Per dimostrare il dispositivo, il team ha utilizzato 'WAND' per riconoscere e ritardare i movimenti specifici del braccio nei macachi Rhesus. Il dispositivo è descritto in uno studio apparso in Nature Biomedical Engineering.(1)

La dottoressa Rikky Muller,(2) una assistente professoressa di ingegneria elettronica e scienze informatiche a Berkeley spiega: “Il processo per trovare la giusta terapia di un paziente è estremamente costoso e può richiedere anni. Una significativa riduzione dei costi e della durata può potenzialmente portare a risultati e accessibilità notevolmente migliorati. Vogliamo consentire al dispositivo di capire qual è il modo migliore per stimolare un dato paziente a dare i migliori risultati. E puoi farlo solo ascoltando e registrando i segnali neurali.”


La dottoressa Samantha Santacruz,(3) ex dipendente all'Università della California, Berkeley e attualmente assistente all'Università del Texas di Austin, ha dichiarato: “Al fine di fornire terapie basate sulla stimolazione a ciclo chiuso, che è un grande obiettivo per le persone che curano il Parkinson, l'epilessia e una varietà di disturbi neurologici, è molto importante eseguire simultaneamente le registrazioni neurali e la stimolazione, un lavoro che attualmente nessun dispositivo in commercio è in grado di fare.”

I ricercatori di Cortera Neurotechnologies, Inc., guidati dalla dottoressa Rikky Muller, hanno progettato i circuiti integrati personalizzati, per il dispositivo 'WAND', in grado di registrare il segnale completo provenienti sia dalle sottili onde cerebrali che dai forti impulsi elettrici. Questa architettura del chip consente a 'WAND' di filtrare il segnale dagli impulsi elettrici, ottenendo così una sorgente pulita dalle onde cerebrali.

Gli attuali dispositivi esistenti sono tarati per registrare i segnali solo dalle più piccole onde cerebrali e sono sopraffatti dai grandi impulsi di stimolazione, rendendo impossibile questo tipo di ricostruzione del segnale.

“Siccome possiamo effettivamente stimolare e registrare nella stessa regione del cervello, sappiamo esattamente cosa sta succedendo quando stiamo fornendo una terapia”, ha detto la dottoressa Rikky Muller.

Negli esperimenti, condotti dalla dottoressa Samantha Santacruz alla UC Berkeley e dal professore di ingegneria elettrica e informatica Jose M. Carmena,(4) i soggetti sono stati equipaggiati di un joystick per spostare un cursore in una posizione specifica. Dopo un periodo di allenamento, il dispositivo 'WAND' era in grado di rilevare le segnature neurali che si presentavano mentre i soggetti si preparavano a eseguire il movimento, e quindi fornire una stimolazione elettrica che ritardava il movimento.

“In futuro miriamo a integrare l'apprendimento nella nostra piattaforma a ciclo chiuso per costruire dispositivi intelligenti in grado di capire come trattarli al meglio e rimuovere il medico dall'intervento costante in questo processo”, conclude la dottoressa Rikky Muller.

Riferimenti:

(1) A wireless and artefact-free 128-channel neuromodulation device for closed-loop stimulation and recording in non-human primates

(2) Rikky Muller

(3) Samantha Santacruz

(4) Jose M. Carmena

Descrizione foto: nel dispositivo proposto, due dei nuovi chip sarebbero incorporati in un telaio situato all'esterno della testa. Ogni chip può monitorare l'attività elettrica da 64 elettrodi situati nel cervello mentre contemporaneamente fornisce una stimolazione elettrica per prevenire crisi o tremiti indesiderati. (Immagine UC Berkeley di Rikky Muller)

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Wireless ‘pacemaker for the brain’ could be new standard treatment for neurological disorders

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