La cura delle malattie neurologiche e i computer capaci di vedere

Curare le malattie neurologiche

L'ictus è la più comune malattia neurologica che colpisce le persone, causando problemi cognitivi, come difficoltà di attenzione, memoria o linguaggio, o gravi disabilità fisiche. L'incidenza aumenta con l'età e la rende la più frequente causa di disabilità a vita in età adulta.

Questi effetti tendono a far aumentare la dipendenza dei pazienti da altre persone e questa perdita di autonomia può portare alla depressione. Il progetto CONTRAST cerca di colmare il divario tra la riabilitazione istituzionale e il monitoraggio del paziente a casa.

Il progetto sta sviluppando un'"interfaccia essere umano-computer" (human-computer interface o HCI) per migliorare le funzioni cognitive, offrendo moduli di allenamento per migliorare il recupero di attenzione e memoria. I pazienti saranno in grado di completare un processo di riabilitazione fatto su misura per loro a casa usando il computer, mentre il loro medico fornirà un allenamento a casa e seguirà i progressi dalla struttura ospedaliera.

Un terzo dei pazienti che hanno avuto un ictus avranno disabilità fisiologiche o cognitive a lungo termine, che impediranno loro di mantenere una vita indipendente. COGWATCH ha lo scopo di migliorare la riabilitazione di chi ha avuto un ictus e ha i sintomi della "sindrome di aprassia e disorganizzazione dell'azione" (AADS). Questi pazienti mantengono le capacità motorie ma fanno errori cognitivi durante azioni quotidiane orientate a un obiettivo.

Il progetto sta sviluppando strumenti e oggetti intelligenti, dispositivi portatili e indossabili e sistemi ambientali per fornire una riabilitazione cognitiva personalizzata a casa per chi è stato colpito da un ictus e ha sintomi di AADS. Fornendo un feedback continuo, il sistema aiuta a ri-allenare i pazienti a svolgere le attività quotidiane di cui hanno bisogno per essere indipendenti.

Il morbo di Parkinson è un'altra malattia neurodegenerativa la cui incidenza sta crescendo man mano che la popolazione invecchia, colpisce in particolare le zone del cervello coinvolte nel controllo del movimento. Il progetto CUPID ha lo scopo di sviluppare una riabilitazione innovativa e personalizzata a casa per le persone che hanno il morbo di Parkinson, sulla base delle esigenze del paziente.

Il servizio CUPID userà sensori indossabili, biofeedback audio, realtà virtuale e raccolta di informazioni esterna per fornire un allenamento intensivo e motivante adatto al paziente e monitorato a distanza, facendo diminuire il bisogno di spostarsi in un centro di riabilitazione.

Entro la fine del primo anno, a dicembre 2012, il progetto aveva ideato gli esercizi di riabilitazione e sviluppato un prototipo di giochi virtuali per questi esercizi, oltre alle infrastrutture di telemedicina necessarie per la supervisione a distanza.

L'epilessia è un altro disturbo neurologico comune che, nonostante i progressi fatti nelle cure, rimane incurabile. Oggi, le cure farmaceutiche possono ridurre o eliminare i sintomi, ma queste richiedono un continuo adattamento per tutta la vita per essere efficaci. La malattia richiede quindi il monitoraggio di diversi parametri per una diagnosi, previsione, allarme e prevenzione precisi e un follow-up della cura e una valutazione pre-chirurgica.

Il progetto ARMOR sta progettando un sistema di monitoraggio più olistico, personalizzato, efficiente dal punto di vista medico ed economico per analizzare i dati del cervello e del corpo dei malati di epilessia. Questo sistema portatile fornirà una diagnosi più precisa per i singoli pazienti e permetterà di capire meglio e di prevedere in che momento si presenteranno le convulsioni e di che tipo saranno, il che aiuterà ad avere un segnale di allarme e assicurare la disponibilità di assistenza medica e consulenza se necessario.

L'amputazione di un arto non è soltanto un'esperienza fisica traumatica. Può portare anche a sensazioni, di solito accompagnate da dolore, che sembrano provenire dalla parte del corpo che non c'è più, chiamata "arto fantasma". Il progetto TIME sta sviluppando una cura alternativa per il dolore dell'arto fantasma basata su una nuova "interfaccia essere umano-macchina" (human-machine interface o HMI) e una stimolazione elettrica selettiva dei nervi periferici.

Usando un elettrodo impiantabile posizionato dentro il nervo e stimolatori elettrici sistemati al di fuori del corpo, il sistema fornirà una macro stimolazione elettrica per aiutare a ridurre le sensazioni di dolore e potrebbe avere anche altre applicazioni, come per esempio aiutare chi ha subito un'amputazione a percepire ambienti virtuali per mezzo del tatto.

Vedere le cose

Il potenziale di queste tecniche non si ferma al monitoraggio, la diagnosi e la gestione delle malattie croniche. Il progetto OPTONEURO potrebbe in definitiva aiutare a ridare una vista funzionale ai ciechi.

L'"optogenetica" è un'interessante nuova tecnica terapeutica che rende le cellule nervose sensibili a particolari colori della luce. Semplici impulsi di luce intensa fanno in modo che queste cellule nervose fotosensibilizzate trasmettano "potenziali di azione", i portatori di informazioni del sistema nervoso. Per attivare le cellule nervose però la nuova terapia dipende da alte densità di illuminazione, luce intensa che brilla in zone molto piccole.

Il progetto OPTONEURO ha quindi lo scopo di sviluppare l'optoelettronica necessaria per stimolare questi neuroni fotosensibilizzati. Il sistema potrebbe essere scalabile per applicazioni sia nella ricerca neuroscientifica di base che nelle "neuroprotesi". In particolare, l'optoelettronica si dovrebbe usare in una futura protesi optogenetica-optoelettronica, un occhio artificiale, per chi ha perso la vista a causa della malattia "retinite pigmentosa".

Il progetto ha bisogno di un team di specialisti di fotonica, micro-ottica e neurobiologia per sviluppare una schiera di micro-LED ultra brillanti controllati elettronicamente, che potrebbero fornire anche un nuovo strumento di ricerca per la comunità di neuroscienza e neurotecnologia.

Anche il progetto SEEBETTER sta esaminando la possibilità di sviluppare protesi visive artificiali per i non vedenti. I sensori di immagine convenzionali hanno gravi limitazioni, ma i sensori di visione "a retina di silicone" mirano a imitare l'elaborazione delle immagini della retina biologica, calcolando aspetti sia spaziali che temporali del'input visivo. Finora, queste retine di silicone hanno un'efficienza quantitativa bassa, cioè una bassa sensibilità alla luce, e non riescono a combinare l'elaborazione sia spaziale che temporale dello stesso chip.

Il team di SEEBETTER, formato da esperti di biologia e biofisica e di ingegneria biomedica, elettrica e dei semiconduttori, desidera usare la genetica e le tecniche fisiologiche per capire meglio la funzione della retina e modellare l'elaborazione della visione della retina. Progetteranno e costruiranno la prima retina di silicone ad alte prestazioni, implementata su un singolo wafer di silicone, specializzata per l'elaborazione visiva sia spaziale che temporale.

Capire i principi neurobiologici della vista, oltre al solo funzionamento della retina, potrebbe aiutarci a riprodurre il successo della vista umana per computer e robot. Il progetto RENVISION ha lo scopo di riuscire a capire completamente il modo in cui la retina codifica le informazioni visive attraverso i diversi strati cellulari e usare queste informazioni per sviluppare un approccio computazionale ispirato alla retina per la visione artificiale.

L'uso della microscopia 3D ad alta risoluzione permetterà ai ricercatori di creare immagini degli strati interni della retina con una risoluzione quasi cellulare. Queste nuove conoscenze dell'elaborazione retinale aiuteranno a sviluppare tecnologie avanzate di riconoscimento di schemi e di apprendimento artificiale. Il progetto potrebbe quindi risolvere alcuni dei compiti più difficili della visione artificiale, come la categorizzazione automatica delle scene e il riconoscimento delle azioni umane, in modo che robot e computer possano vedere e percepire cosa succede nelle immagini che ricevono.

Questi sono solo alcuni dei progetti TIC finanziati dall'UE che usano l'elettronica e le tecnologie di calcolo per capire, estendere e migliorare il cervello umano e il suo funzionamento. I risultati hanno le potenzialità per ridurre l'impatto della disabilità e della malattia e migliorare la nostra potenza di calcolo, l'infrastruttura TI e l'economia.

I progetti citati in questo articolo sono stati sostenuti dal meccanismo di supporto per le politiche TIC del Programma quadro per l'innovazione e la competitività (CIP) o dal Settimo programma quadro (7° PQ) per la ricerca.

Collegamento al progetto su CORDIS:

- 7° PQ su CORDIS
- Scheda informativa del progetto CONTRAST su CORDIS
- Scheda informativa del progetto COGWATCH su CORDIS
- Scheda informativa del progetto CUPID su CORDIS
- Scheda informativa del progetto ARMOR su CORDIS
- Scheda informativa del progetto TIME su CORDIS
- Scheda informativa del progetto OPTONEURO su CORDIS
- Scheda informativa del progetto SEEBETTER su CORDIS
- Scheda informativa del progetto RENVISION su CORDIS

Collegamento al sito web del progetto:

- Sito web del progetto "An individually adaptable, BNCI-based, remote controlled Cognitive Enhancement Training for successful rehabilitation after stroke including home support and monitoring"
- Sito web del progetto "Closed-loop system for personalized and at-home rehabilitation of people with Parkinson's Disease"
- Sito web del progetto "Advanced multi-parametric monitoring and analysis for diagnosis and optimal management of epilepsy and Related brain disorders"
- Sito web del progetto "Transverse, intra-fascicular multi-channel electrode system for induction of sensation and treatment of phantom limb pain in amputees"
- Sito web del progetto "Optogenetic neural stimulation platform"
- Sito web del progetto "Seeing better with hybrid BSI spatio-temporal silicon retina"
- Sito web del progetto "Retina-inspired encoding for advanced vision tasks"

Collegamenti a notizie e articoli correlati:

- Post sul blog del commissario Kroes sul mese europeo del cervello: "the EU and US putting our grey matter together"
- http://europa.eu/rapid/press-release_IP-13-380_it.htm (Comunicato stampa della CE: Al via il "mese europeo del cervello": 150 milioni di euro per la ricerca sul cervello
- Memo Q&A della CE: domande e risposte sul "mese europeo del cervello"
- Sito web della CE sul "mese europeo del cervello", maggio 2013
- Eventi come parte del "mese europeo del cervello", maggio 2013
- Dai cervelli elettronici al potere della mente

Altri collegamenti:

- Sito web dell'Agenda digitale della Commissione europea