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IMPIANTI CEREBRALI INTELLIGENTI PER CURARE L'UMORE
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venerdì 1 dicembre 2017
Per la prima volta, sono in fase di sperimentazione su esseri umani degli impianti cerebrali che erogano impulsi elettrici sintonizzati sulle sensazioni e il comportamento di una persona. Due team finanziati dalla DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), l’agenzia dell’esercito degli Stati Uniti che si interessa di ricerca, hanno iniziato test preliminari su impianti “a ciclo chiuso” che usano algoritmi per rilevare i modelli di attività cerebrale associati ai disturbi dell'umore. Questi dispositivi possono somministrare impulsi per riportare il cervello in uno stato di salute senza l'intervento di un medico.

La ricerca, presentata giorni fa alla riunione della Society for Neuroscience (SfN) che si è tenuta a Washington DC, potrebbe offrire una strada verso la cura di gravi disturbi mentali che resistono alle attuali terapie. Ma suscita anche spinose preoccupazioni etiche, e non solo perché la tecnica potrebbe dare ai ricercatori un certo grado di accesso ai sentimenti intimi di una persona in tempo reale.

Impianti cerebrali intelligenti per curare i disturbi dell'umore
L'approccio generale - l’uso di un impianto cerebrale per erogare impulsi elettrici che alterano l'attività dei neuroni - è noto come stimolazione cerebrale profonda. È usato per trattare i disturbi del movimento come il morbo di Parkinson, ma ha avuto minor successo quando è stato testato contro i disturbi dell'umore.

I primi tentativi avevano suggerito che la stimolazione costante di alcune regioni cerebrali potesse alleviare la depressione cronica, ma un importante studio che ha coinvolto 90 persone con depressione non ha rilevato alcun miglioramento dopo un anno di trattamento.

Gli scienziati che realizzano i progetti finanziati dalla DARPA dicono che il loro lavoro potrebbe avere successo dove i tentativi precedenti avevano fallito perché hanno progettato i loro impianti cerebrali specificamente
per la cura delle malattie mentali e perché si attivino solo quando serve. “Abbiamo imparato molto sui limiti della nostra tecnologia attuale", dice Edward Chang, neuroscienziato all'Università della California a San Francisco (UCSF), che dirige uno dei progetti.

La DARPA sta sostenendo il gruppo di Chang e un altro al Massachusetts General Hospital (MGH) di Boston con l'obiettivo finale di curare i soldati e i veterani che soffrono di depressione e di disturbo post-traumatico da stress. I due gruppi mirano a creare un sistema di elettrodi impiantati che monitori l'attività cerebrale mentre stimolano l'organo.

Queste tecnologie vengono sviluppate in esperimenti con persone affette da epilessia che hanno già elettrodi impiantati nel cervello per il monitoraggio delle crisi epilettiche. I ricercatori possono utilizzare questi elettrodi per registrare ciò che accade mentre stimolano il cervello a intermittenza, e non continuativamente, come nel caso degli impianti più vecchi.

Una mappa dello stato d'animo
Nel corso della riunione della SfN, Omid Sani, dell'Università della California Meridionale a Los Angeles, che sta lavorando con il team di Chang, ha mostrato la prima mappa di come l'umore viene codificato nel cervello nel corso del tempo. Lui e i suoi colleghi hanno lavorato con sei soggetti epilettici a cui erano stati impiantati alcuni elettrodi che monitoravano in dettaglio l'attività cerebrale e gli stati d'animo per un periodo da una a tre settimane. Confrontando i due tipi di informazioni, i ricercatori hanno potuto creare un algoritmo per "decodificare" gli stati d' animo che cambiano a seconda dell’attività cerebrale. In questo modo sono emersi alcuni modelli generali, in particolare nelle aree cerebrali già associate con l'umore.

Impianti cerebrali intelligenti per curare i disturbi dell'umore
Un momento di un'operazione di impianto di elettrodi (© Phanie / AGF)
Chang e il suo team sono pronti a testare su una persona il loro nuovo sistema a ciclo chiuso non appena avranno trovato un volontario adatto, dice Sani. Chang aggiunge che il gruppo ha già sperimentato alcune stimolazioni a ciclo chiuso su alcuni soggetti, ma ha rifiutato di fornire dettagli perché il lavoro è preliminare.

Il team del MGH sta adottando un approccio diverso. Invece di rilevare un particolare stato d'animo o disturbo mentale, cerca di mappare l'attività cerebrale associata a comportamenti che sono presenti in più disturbi, come la difficoltà di concentrazione e l'empatia. Nel corso della riunione della SfN, i ricercatori hanno parlato dei test con gli algoritmi sviluppati per stimolare il cervello quando una persona viene distratta da un compito prefissato, come l'abbinamento di immagini di numeri o l'identificazione delle emozioni sui volti.

I ricercatori hanno scoperto che la somministrazione di impulsi elettrici alle aree del cervello coinvolte nel processo decisionale ed emotivo migliora significativamente le prestazioni dei partecipanti al test. Il team ha anche mappato l'attività cerebrale che si verifica quando una persona inizia a sbagliare o rallentare nello svolgimento di un compito perché si distrae o ha vuoti di memoria, e ha scoperto che era in grado di cambiarla con la stimolazione. Ora stanno iniziando a testare algoritmi che usano modelli specifici di attività cerebrale come innesco per stimolare automaticamente il cervello.

Trattamento personalizzato
Wayne Goodman, psichiatra al Baylor College of Medicine a Houston, in Texas, spera che la stimolazione a ciclo chiuso si dimostri un trattamento a lungo termine per i disturbi dell'umore migliore rispetto ai precedenti tentativi di stimolazione cerebrale profonda, anche perché l'ultima generazione di algoritmi è più personalizzata e basata su segnali fisiologici, e non sul giudizio di un medico. “Serve un gran lavoro di sintonizzazione per riuscirci", dice Goodman, che sta per iniziare un un piccolo esperimento di stimolazione a ciclo chiuso per trattare il disturbo ossessivo-compulsivo.

Impianti cerebrali intelligenti per curare i disturbi dell'umore
Risonanza magnetica in falsi colori di un cervello in cui è impiantato un elettrodo (© Science Photo Library / AGF)
Stimolando le aree del cervello associate con l'umore, dice, c’è il rischio di correggere eccessivamente le emozioni, creando uno stato di  felicità estrema che travolge tutti gli altri sentimenti. Altre considerazioni etiche derivano dal fatto che gli algoritmi usati nella stimolazione a ciclo chiuso possono far conoscere ai ricercatori l'umore della persona al di là di ciò che può essere rilevato dal comportamento o dalle espressioni facciali. E anche se i ricercatori non saranno in grado di leggere la mente delle persone, "avremo accesso ad attività che codificano i loro sentimenti", dice Alik Widge, neuroingegnere e psichiatra alla Harvard University e direttore del team di ingegneria del MGH. Come Chang e Goodman, il gruppo di Widge sta lavorando con i neuroeticisti per affrontare le complesse problematiche etiche connesse al suo lavoro.

In ogni caso, dice Chang, le tecnologie di stimolazione che il suo e gli altri team stanno sviluppando sono solo un primo passo verso un migliore trattamento dei disturbi dell'umore. E’ anche convinto che i dati delle sperimentazioni sugli impianti cerebrali possano aiutare i ricercatori a sviluppare terapie non invasive per le malattie mentali, come quelle che stimolano il cervello attraverso il cranio. L’aspetto entusiasmante di queste tecnologie - dice - è che per la prima volta avremo una finestra sul cervello grazie alla quale sapremo che cosa vi  sta accadendo quando si verifica una recidiva".

(L'originale di questo articolo è stato pubblicato su Nature il 23 novembre 2017. Traduzione ed editing a cura di Le Scienze.
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