Una migliore comprensione della salute del cervello è a portata di mano (bionica)

Una delle principali sfide per gli sviluppatori di arti artificiali è permettere agli utenti, come ad esempio chi ha perduto un arto, di avere un’esperienza intuitiva della loro funzionalità. Questo tentativo di sviluppare protesi che offrano movimento e sensazioni quasi naturali ha portato recentemente a progressi nello sviluppo di interfacce neurologiche di accompagnamento, che permettono un feedback tra il cervello e i sensori. Il lavoro coinvolge varie competenze, tra cui: scienze cognitive, imaging cerebrale, biologia cellulare e meccanica, ingegneria dei tessuti, elaborazione delle informazioni, robotica e riabilitazione medica.

Due progetti finanziati dall’UE hanno contribuito direttamente a superare questa sfida e il loro lavoro continua a produrre conoscenze di ricerca e tecnologie a questo fine. NANOBIOTOUCH, che è stato chiuso nel 2013, ha sviluppato un polpastrello umano in grado di rilevare forza direzionale e temperatura, essenziali per un senso del tatto realistico.

Sulla base di questo, i ricercatori hanno usato reti nanoelettromeccaniche (NEMS), associate all’elaborazione di informazioni della rete neurale per permettere un’esplorazione artificiale delle superfici in modo ancora più simile al comportamento aptico e reazione affettiva.

NEBIAS, un progetto ancora in corso, sta lavorando alla creazione di protesi degli arti superiori controllate da un’interfaccia neurale che permette un collegamento stabile e molto selettivo con il sistema nervoso. Il progetto cerca anche di raggiungere una migliore comprensione del “linguaggio” che permette al sistema nervoso centrale di comunicare con i segnali dei nervi periferici. Lo fa studiando i segnali elettromagnetici del cervello e dei nervi e i cambiamenti del flusso di sangue/metabolismo del cervello legati al movimento.

Capire la reazione neurofisiologica

Tutta questa ricerca ha prodotto informazioni nuove, e in un certo senso inaspettate, sul modo in cui funziona il cervello. Questo mese la pubblicazione “Drug Target Review” ha riportato che le scoperte permesse dalla ricerca del progetto summenzionato hanno proposto nuovi modi di “misurare la salute del cervello.” Nell’articolo si legge che uno dei ricercatori, Henrik Jörntell dell’Università di Lund in Svezia, ha dichiarato: “Siamo riusciti a misurare la collaborazione tra le reti neurali in modo molto preciso e dettagliato. Possiamo vedere anche come tutta la rete cambia quando arrivano nuove informazioni.”

Questo recente studio è riuscito a emulare le sensazioni del tatto umano usando un polpastrello bionico progettato per neuroprotesi robotiche dell’arto superiore, con nervi sensoriali integrati nella pelle di un topo che ricevevano queste esperienze di tatto artificiale. Il team è riuscito ad avere un’idea più precisa di come il cervello percepisce il mondo esterno per mezzo del tatto usando uno strumento che permetteva un’analisi ad alta risoluzione di come i singoli neuroni e le reti cerebrali connesse elaborano le informazioni in entrata. Tra le scoperte c’è il fatto che i singoli neuroni possono trasmettere molte più informazioni di quanto si credesse in precedenza e possono interagire, creando ricche rappresentazioni degli stimoli sensoriali.

Oltre la biorobotica

La relazione di Drug Target Review riferisce che il noto esperto di biorobotica Calogero Oddo, che ha contribuito al progetto NANOBIOTOUCH, ha detto che “Queste conoscenze saranno incorporate in una nuova generazione di mani robotiche sensibili in grado di trasmettere sottili informazioni tattili a chi ha perso un arto.” Inoltre, oltre a migliorare la riabilitazione medica di chi ha subito un’amputazione, gli arti artificiali sensibili potrebbero anche essere usati anche per aumentare le abilità robotiche per compiti difficili che richiedono destrezza e precisione, come la chirurgia o in alcune operazioni di soccorso.

I risultati dello studio poi hanno permesso di capire che il modo in cui le reti neurologiche sane funzionano nel cervello ha importanti implicazioni al di là delle applicazioni robotiche. Nelle malattie neurologiche progressive come il Parkinson e l’Alzheimer, queste reti neurologiche cambiano in modi che sono difficili da capire efficacemente. Un ictus per esempio, anche quando il danno al cervello è localizzato, può causare la sofferenza di tutta la rete neurale. Questo studio contribuisce alla conoscenza neurologica mettendo in luce il fatto che il modo in cui il cervello elabora impressioni sensoriali può in realtà indicare la salute del cervello nel suo intero.

Per maggiori informazioni, consultare:
Sito web del progetto NEBIAS
Pagina del progetto NANOBIOTOUCH su CORDIS