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La prima interfaccia neurale endovascolare è stata impiantata nell’uomo

I primi esseri umani ad avere uno "stentrode" dimostrano che i sistemi di interfacce cervello-computer domestici sono realizzabili.

Synchron, un’azienda di bioelettronica neurovascolare e pioniera nell’ambito delle interfacce cervello-computer (BCI), ha annunciato la pubblicazione di un primo studio sull’uomo che dimostra il successo della neuroprotesi Stentrode™. I ricercatori hanno impiantato gli elettrodi simili a stent nel cervello di due uomini australiani con disturbi neuromuscolari, i quali hanno riacquistato una certa indipendenza grazie all’interfaccia neurale endovascolare. Secondo i suoi inventori, è la prima volta che un dispositivo del genere viene impiantato nel cervello umano.

Lo studio mostra la capacità di Stentrode™ di consentire ai pazienti con paralisi grave di riprendere le attività quotidiane come mandare SMS, e-mail, fare shopping e operazioni bancarie online, attraverso il pensiero e senza la necessità di un intervento chirurgico invasivo come la craniotomia. Lo studio è il primo a dimostrare che una BCI impiantata attraverso i vasi sanguigni del paziente possa essere in grado di ripristinare la trasmissione degli impulsi cerebrali fuori dal corpo e, inoltre, in modalità wireless. I pazienti sono stati in grado di utilizzare i loro segnali cerebrali per controllare i dispositivi digitali senza la necessità di un touchscreen, mouse, tastiera o tecnologia di attivazione vocale. L’impresa è stata descritta nel Journal of Neurointerventional Surgery (JNIS).

Le innovazioni di Stentrode™, la prima interfaccia neurale endovascolare

Vi avevamo già parlato di Stentrode™, la prima interfaccia neurale endovascolare impiantabile nel cervello senza ricorrere a un intervento chirurgico invasivo, quando venne testata con successo sugli ovini. I ricercatori hanno fatto il passo successivo portando la sperimentazione sull’uomo. Molti dei sistemi finora utilizzati prevedono una craniotomia per essere impiantati. Stentrode™, invece, offre un modo meno invadente per portare gli elettrodi al cervello.

È stata impiantata nell'uomo la prima interfaccia neurale endovascolare. Credits: Synchron
Lo Stentrode. Credits: Synchron

Poiché il dispositivo è abbastanza piccolo e flessibile da passare in sicurezza attraverso i vasi sanguigni, la procedura di impianto è simile a quella di un pacemaker. La neuroprotesi viene schiacciata in un catetere e posizionata nella vena giugulare del collo. Da lì il catetere serpeggia attraverso i vasi sanguigni fino a raggiungere la corteccia motoria del cervello. Arrivato a destinazione, il catetere rilascia lo stentrode con i suoi 16 elettrodi che va ad adattarsi alle pareti del vaso sanguigno in quella sezione del cervello. Lo stentrode è collegato da un elettrocatetere a un dispositivo impiantato chirurgicamente nel torace che fornisce alimentazione e trasmissione dei dati. Un dispositivo esterno interpreta i segnali dal cervello utilizzando algoritmi di machine learning e li converte in comandi del computer.

“Sebbene lo stentrode sia un concetto e un design completamente nuovi, la procedura per impiantarlo si basa su tecniche che utilizzo quotidianamente e che sono diventate di routine nel nostro settore. La tecnologia Stentrode™ esemplifica il progresso e il potenziale dei reparti di neurointervento per fornire nuove terapie ai pazienti”, ha affermato il professor Peter Mitchell, direttore del Neurointervention Service al Royal Melbourne Hospital, un neurointerventista pioniere che ha eseguito i primi impianti clinici del dispositivo Stentrode™. “Le complessità del cervello mi hanno sempre affascinato e consentire a un paziente con paralisi di continuare a usare la mente in modo produttivo è immensamente gratificante.”

Sacrificare la qualità del segnale per garantire un miglioramento misurabile della vita del paziente

La qualità dei segnali viene un po’ sacrificata dal fatto che gli elettrodi si trovano in un vaso sanguigno piuttosto che direttamente sul tessuto cerebrale. Ma è abbastanza buona da consentire ai due partecipanti allo studio di digitare con precisione fino a 20 caratteri al minuto con il correttore automatico disabilitato, di fare acquisti e operazioni bancarie online, il tutto senza muovere un dito o usare comandi vocali.

“Altri approcci alle interfacce cervello-computer si sono concentrati su velocità di trasmissione dati elevate, che creano barriere tecniche alla traduzione clinica. Synchron si è concentrata sulla creazione di un prodotto che migliori in modo misurabile la vita dei pazienti. Il nostro primo prodotto sul mercato si concentrerà sul controllo dei dispositivi intelligenti utilizzando gli impulsi cerebrali, senza la necessità dell’uso delle mani. Questo da solo ha il potenziale per soddisfare un’esigenza del mercato insoddisfatta in 30 milioni di pazienti nelle economie avanzate”, ha affermato Thomas Oxley MD PhD, CEO fondatore di Synchron.

Di chi sono i due cervelli sui quali è stata impiantata l’interfaccia neurale endovascolare Stentrode™?

I due partecipanti allo studio sono Graham Felstead (75 anni) e Philip O’Keefe (60 anni), due uomini australiani affetti da sclerosi laterale amiotrofica (SLA). Conosciuta anche con il nome di malattia di Lou Gehrig, la SLA è una malattia neurodegenerativa progressiva che colpisce i motoneuroni, i quali permettono i movimenti della muscolatura volontaria. La SLA colpisce selettivamente il 1° motoneurone, a livello della corteccia cerebrale, e il 2° motoneurone, a livello del midollo spinale. La morte di queste cellule avviene gradualmente nel corso di mesi o anche anni. In questo arco di tempo i motoneuroni rimasti tendono a sostituire nelle proprie funzioni quelli distrutti. I primi segni della malattia compaiono quando la perdita progressiva dei motoneuroni supera la capacità di compenso dei motoneuroni superstiti fino ad arrivare a una progressiva paralisi, ma con risparmio delle funzioni cognitive e sensoriali.

È stata impiantata nell'uomo la prima interfaccia neurale endovascolare. Credits: ARISLA
Credits: ARISLA

I due uomini hanno utilizzato la neuroprotesi Stentrode™ per controllare il sistema operativo Microsoft Windows 10, in combinazione con un eye-tracker per lo spostamento del cursore senza la necessità di utilizzare mouse o tastiera. Dopo un periodo di addestramento, i due partecipanti sono passati all’utilizzo autonomo e domestico dopo circa 70 – 80 giorni. “L’uso di Stentrode™ mi ha cambiato la vita”, ha detto Graham Felstead, il primo paziente arruolato nel primo studio clinico di Stentrode™ e la prima persona a cui è stata impiantata una BCI attraverso i vasi sanguigni. “Il dispositivo mi ha permesso di essere di nuovo produttivo, posso fare shopping, operazioni bancarie e deleghe di compiti tra i soci del Rotary Club con cui faccio volontariato. È incredibile riconquistare questo livello di indipendenza”. Felstead vive a casa con sua moglie, ha ricevuto l’impianto Stentrode™ nell’agosto 2019 e continua a usarlo oggi.

Il secondo partecipante, Philip O’Keefe, lavora part-time e vive a casa con sua moglie e due figli. O’Keefe è stato in grado di controllare i dispositivi informatici per svolgere compiti legati al lavoro e altre attività indipendenti dopo l’impianto di Stentrode™ nell’aprile 2020. La compromissione funzionale di dita, gomiti e spalle aveva precedentemente inibito la sua capacità di impegnarsi in questi sforzi. “È davvero sorprendente, e molto gratificante, vedere i partecipanti utilizzare lo Stentrode™ per controllare un computer con le loro menti, indipendentemente e da casa”, ha detto Nicholas Opie, professore associato e co-responsabile del laboratorio di bionica vascolare presso l’Università di Melbourne e fondatore CTO di Synchron. “I partecipanti alla sperimentazione sono stati fantastici e io e i miei colleghi siamo davvero onorati di fare la differenza nelle loro vite. Spero che altri siano ispirati dal loro successo“.

È stata impiantata nell'uomo la prima interfaccia neurale endovascolare. Credits: Synchron
Graham Felsted, uno dei due partecipanti allo studio, sta usando la BCI per scrivere il suo libro. Credits: Synchron

L’entusiasmo dei ricercatori di Synchron e il prossimo passo

Questo è un momento di svolta per il campo delle interfacce cervello-computer. Siamo entusiasti di annunciare che abbiamo fornito una tecnologia wireless completamente impiantabile, da portare a casa, che non richieda una craniotomia, che funzioni per ripristinare le libertà per le persone con grave disabilità”, ha aggiunto Oxley. “Vedere questi primi eroici pazienti riprendere importanti attività quotidiane che erano diventate impossibili, come l’utilizzo di dispositivi personali per connettersi con i propri cari, conferma la nostra convinzione che un giorno lo stentrode sarà in grado di aiutare milioni di persone con paralisi“.

Essere in grado di utilizzare un sistema BCI a casa, fuori dal laboratorio, è un enorme passo avanti per questo nuovo settore di ricerca. BrainGate e altri gruppi hanno utilizzato BCI per consentire alle persone con malattie neurologiche e paralisi di prendere compresse, digitare otto parole al minuto e controllare gli arti protesici usando solo i loro pensieri. Ma questi sistemi coinvolgono hardware che sporgono dal cranio e sono relegati in un ambiente di laboratorio.

È stata impiantata nell'uomo la prima interfaccia neurale endovascolare. Credits: Synchron
rappresentazione grafica del sistema della neuroprotesi endovascoalre. Credits: Synchron

Lo stesso Elon Musk in agosto ha affermato che la sua azienda Neuralink aveva costruito un impianto neurale autonomo in grado di trasmettere in modalità wireless un’attività cerebrale dettagliata senza l’ausilio di hardware esterno. Ma Neuralink finora ha dimostrato il dispositivo solo nei maiali. “È tutto ipotetico fino a quando non inseriamo il dispositivo in un essere umano”, afferma Oxley. Una delle prossime mosse di Synchron è chiedere il permesso alla Food and Drug Administration degli Stati Uniti per l’autorizzazione a impiantare l’interfaccia neurale endovascolare nelle persone negli Stati Uniti.

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Benedetta Paolettihttps://biomedicalcue.it
Laureata in Ingegneria Biomedica all'Università Politecnica delle Marche. Studentessa MSc in Neuroengineering and bio-ICT all'Università degli Studi di Genova.