Impianto cervello-spina dorsale: scimmie paralizzate tornano a camminare

Di recente, noi di Close-Up Engineering avevamo parlato di un dispositivo, l’E-Dura, che permetteva ai topi con paralisi alla spina dorsale di ritornare a camminare.

La stessa impresa è stata realizzata sulle scimmie, utilizzando la BCI (Brain Computer Interface) e più precisamente la BSI (Brain Spinal Interface).

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature.
I ricercatori sono riusciti letteralmente a bypassare la spina dorsale danneggiata, permettendo alle scimmie di muovere le zampe posteriori.

Cos’è la BCI?

La BCI non è altro che un “ponte” unidirezionale, una vera e propria interfaccia di comunicazione tra l’attività cerebrale e un dispositivo esterno, in questo caso il computer.
Ciò permette di poter rilevare gli impulsi nervosi (solitamente tramite EEG), inviarli al compute, il quale li interpreta e li traduce in segnali interpretabili dall’uomo.

Gesti che compiano quotidianamente nella più totale abitudine, come ad esempio il semplice pensare di dover muovere una mano è il risultato di flussi di segnali elettrici e coinvolgimento di zone cerebrali ben precisi.

In questo caso, la BCI è più precisamente una BSI (ovvero Brain Spinal Interface) in quanto la parte lesa delle scimmie non si trova nel cervello, bensì nella spina dorsale, una sorta di prolungamento del cervello stesso e quindi anche della sua attività. La BSI quindi, può essere considerato non unidirezionale, ma bi- direzionale, ossia comunicazione cervello-dispositivo e dispositivo-cervello.

LO STUDIO

Il co-autore dello studio, David Borton, neuoingegnere alla Brown University è rimasto letteralmente sorpreso dalla rapidità e naturalezza con cui gli animali hanno accettato e interagito con la tecnologia.

“Il loro comportamento ci ha fatto supporre che non fossero disturbati dalla presenza dei dispositivi”

ha asserito

“Hanno camminato, semplicemente”.

I ricercatori hanno condotto lo studio utilizzando due scimmie con lesioni alla spina dorsale, che impedivano ai segnali nervosi di “raggiungere” i recettori post-sinaptici in una delle zampe posteriori.

Direttamente nel cervello delle scimmie, è stata impiantata una matrice di 96 elettrodi nella zona della corteccia motoria ( negli umani coincide con la “Brodmann area 4”, zona atta al controllo del movimento che si trova nella porzione dorsale del lobo frontale) per poterne rilevare i segnali.
In seguito, sono stati elaborati e tradotti dal computer (circa 40 MB al secondo), che ha creato a sua volta un “pacchetto di informazioni” da inviare ad altri elettrodi impiantati nella spina dorsale, stimolandone i recettori e bypassando le lesioni alla spina dorsale, permettendo così alle scimmie di riprendere il movimento con una fluidità discreta.

“Non vedremo persone girare con dispositivi del genere esattamente domani”

ha affermato Gregorie Courtine, professore alla Swiss Federal Institute of Technology Lausanne

“ma stiamo lavorando per raggiungere questo scopo e per migliorare l’hardware, per renderlo più adatto possibile ai paraplegici. C’è tantissimo studio ancora da fare.”

La BSI utilizzata nelle scimmie non stimola direttamente i neuroni della spina dorsale per inviare l’impulso di muovere la gamba, in quanto il movimento risultante sarebbe simile a quello di una persona che cerca di camminare flettendo consapevolmente ogni singolo muscolo della gamba.

Verrebbero pertanto coinvolti indistintamente tutti i muscoli, senza naturalezza né fluidità.
E’ stata sfruttata la cosiddetta “spinal brain”, ovvero un network di neuroni nella zona lombare della spina dorsale in grado di controllare autonomamente i meccanismi base della camminata.

“Questi neuroni sono veramente molto “intelligenti” e sono in grado di prendere decisioni autonome. Ma necessitano istruzioni ben precise e raggiungere questa perfezione nell’interfaccia è lo scopo del nostro lavoro.”

spiega sempre Courtine.

Ma non finisce qui.
I ricercatori hanno creato un dispositivo wireless, in modo da rendere tutto il più possibile simile alla realtà; il dispositivo semplicemente invia i dati attraverso la pelle e i tessuti ad un generatore di impulsi elettrici nel midollo spinale.
Sia il generatore di impulsi in questione (dispositivo della Medtronic) che la matrice di elettrodi impiantata nel cervello erano già stati utilizzati nell’uomo, scelta fatta appositamente per poter facilitare il futuro passaggio dagli esperimenti sulle scimmie ai test clinici sull’uomo.