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LUMO, il dispositivo indossabile per il neuroimaging funzionale nei bambini

Un nuovo dispositivo basato su tomografia ottica diffusa, comodamente indossabile dai bambini, permette di studiare la loro attività cerebrale ottenendo immagini tridimensionali di alta qualità.

Categorie Bioimmagini · Dispositivi indossabili

Un team di ricercatori guidato dalla University College London (UCL) ha proposto l’utilizzo di una nuova generazione di tecnologie indossabili basata su tomografia ottica diffusa (DOT) ad alta densità per il neuroimaging funzionale infantile. Lo studio, pubblicato sulla rivista scientifica NeuroImage, descrive l’utilizzo di questo dispositivo su 20 bambini di età compresa tra i 4 e i 7 mesi. I risultati ottenuti sono significativi per le neuroscienze dello sviluppo.

L’importanza del neuroimaging funzionale nei bambini

Studiare l’attività cerebrale di neonati e bambini è fondamentale per capire come si sviluppa il loro cervello. Questo permette di dedurre come diagnosticare e trattare sin da subito condizioni neurologiche, come l’autismo e le paralisi cerebrali. Tramite i tradizionali approcci di neuroimaging funzionale è difficile indagare e ottenere informazioni dai bambini, soprattutto se sono svegli. Tra le metodiche più utilizzate nelle neuroscienze dello sviluppo, sta acquisendo sempre più importanza la Functional Near-Infrared Spectroscopy, detta fNIRS. La tecnica può essere eseguita su soggetti neonati svegli, permettendo di indagare risposte funzionali relative, ad esempio, all’apprendimento e alle funzioni sensoriali.

La fNIRS è una tecnica ottica non invasiva e non ionizzante che impiega radiazione elettromagnetica nella banda del vicino infrarosso per lo studio dell’attività emodinamica della corteccia cerebrale. Utilizza un array di optodi, cioè sorgenti e rivelatori di radiazioni, posizionato sul cuoio capelluto tramite una cuffietta. La metodica presenta alcuni limiti legati, in primo luogo, alla cuffietta ingombrante che con i suoi cavi può limitare i movimenti del soggetto. Però, i limiti sono anche relativi alla risoluzione spaziale ed è difficile migliorarla con un aumento degli optodi, soprattutto se si tratta di applicazioni sulle piccole teste dei bambini.

Una cuffietta basato sull’utilizzo della tomografia ottica diffusa (DOT)

LUMO, il dispositivo indossabile per il neuroimaging funzionale nei bambini. Credits: sito Gowerlabs
Cuffia realizzata da Gowerlabs Ltd. Credits: Gowerlabs

La tomografia ottica diffusa è una metodica di imaging basata anch’essa sulla luce nello spettro del vicino infrarosso. L’emoglobina assorbe gli infrarossi in modo differente in base al suo livello di ossigenazione. Rilevare i cambiamenti di emoglobina ossigenata a livello cerebrale permette di capire quali aree cerebrali sono coinvolte nello svolgimento di un determinato compito o nell’elaborazione di informazioni ricevute.

La DOT rappresenta un’evoluzione della fNIRS perché permette di ottenere delle immagini tridimensionali di alta qualità. Gli optodi, in questo caso, sono distribuiti in maniera molto densa, in modo da permettere l’acquisizione di informazioni più accurate dell’emodinamica cerebrale. Il team di scienziati di Londra ha testato il prototipo di tecnologia indossabile basato su DOT ad alta densità chiamato “LUMO”, sviluppato da Gowerlabs Ltd (spin-off di UCL).

I vantaggi di “LUMO” basato su DOT

Il dispositivo “LUMO” utilizza un numero elevato di optodi posizionati sul cranio. La cuffietta in neoprene posta sulla testa del bambino è dotata complessivamente di 12 piastrelle esagonali, ciascuna con 3 sorgenti LED e 4 rivelatori. I dati acquisiti vengono inviati tramite un unico cavo ad un laptop per elaborarli. Per la registrazione dei dati è stato utilizzato un PC che controllava gli stimoli mostrati al bambino su uno schermo al plasma da 46 pollici. Il bambino non veniva lasciato solo ma veniva fatto sedere sulle gambe di uno dei genitori durante tutta la registrazione, la quale ha avuto una durata al massimo di 15 minuti.

LUMO, il dispositivo indossabile per il neuroimaging funzionale nei bambini. Credits: NeuroImage
Immagine esplicativa di come avviene la registrazione dei dati. Credits: NeuroImage

Le mappe delle risposte emodinamiche ottenute sono risultate di alta qualità e coerenti. Inoltre, in seguito alla fase di pre-elaborazione sono risultate chiare e poco distorte da rumore. L’impiego di questa nuova generazione di dispositivi indossabili basati su DOT si è rivelato, quindi, essere utilizzabile sulla popolazione infantile poiché è un sistema ben tollerato, di facile applicazione e regolabile sul cranio del bambino.

Rispetto alla metodica fNIRS tipicamente utilizzata, la DOT ha permesso di ottenere una migliore specificità spaziale, un miglioramento notevole del rapporto segnale-rumore e anche una migliore localizzazione, la quale permette di ottenere un’associazione diretta con l’anatomia cerebrale. La tecnologia indossabile “LUMO” basata su DOT rappresenta perciò un significativo passo avanti nel neuroimaging funzionale per le neuroscienze dello sviluppo.

Articolo a cura di Antonella Disanto