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Ripristinata la propriocezione e controllo motorio nei pazienti con diabete, lesioni e neuropatia

Figura 1. Risonanza magnetica funzionale e posizionamento degli elettrodi. (A) fMRI pre-chirurgica ottenuta mentre il partecipante P1 premeva diversi pulsanti su un dispositivo portatile mentre guardava video che mostravano i movimenti desiderati. (B) Posizionamento esemplare degli elettrodi SEEG (partecipante 3). (C) Fotografia del posizionamento degli elettrodi HD ECoG per le registrazioni nel partecipante P1_03. (D) Configurazione sperimentale in cui i partecipanti hanno ricevuto segnali visivi dei movimenti delle mani su un computer portatile con segnali della durata di 3 o 4 secondi seguiti da un periodo di riposo di 3 o 4 secondi; il sistema di registrazione clinica (Natus Medical, Inc.) non è mostrato ed è sempre stato collegato per l’acquisizione continua dei dati. Credito: DOI: 10.3389/fnins.2021.699631

Toccando in profondità nel cervello, un team di ricercatori dell’Istituto di medicina bioelettronica presso gli Istituti Feinstein per la ricerca medica ha decifrato i segnali relativi al movimento e al tatto. I risultati dello studio sono stati pubblicati oggi su Frontiers in Neuroscience in collaborazione con il Baylor College of Medicine e la Washington University di St. Louis.

Questa prima dimostrazione della decodifica dell’attività solcale e sottocorticale aiuterà i ricercatori a comprendere meglio come il cervello elabora gli stimoli tattili e gestisce i movimenti delle mani. Questi risultati e studi futuri potrebbero portare a nuovi metodi terapeutici per ripristinare il movimento o la sensazione a coloro che potrebbero averlo perso a causa di lesioni, diabete o neuropatia generale.

Pubblicità e progresso

Tre partecipanti sono stati sottoposti a un intervento chirurgico minimamente invasivo per impiantare elettrodi di stereoelettroencefalografia (SEEG) in profondità nel cervello , nelle aree del solco e della sostanza bianca, che non è stato ampiamente studiato per decifrare l’attività cerebrale . La procedura è stata guidata dal neurochirurgo, professore associato presso l’Istituto di medicina bioelettronica e co-investigatore principale dello studio, Ashesh Mehta, MD. I ricercatori hanno chiesto ai partecipanti di eseguire compiti con le mani attraverso un collegamento di interfaccia cervello-computer (BCI). Identificando ed estraendo segnali neurali ripetuti, i ricercatori sono stati in grado di prevedere in modo affidabile e preciso il movimento delle dita e gli stimoli tattili nei polpastrelli delle diverse dita.

“Che si tratti di diabete o di una lesione traumatica, milioni di persone vivono senza qualcosa che molti di noi danno per scontato: il senso del tatto”, ha affermato Chad Bouton, professore presso l’Istituto di medicina bioelettronica del Feinstein Institutes e co-investigatore principale sul studio. “Osservando questi segnali nascosti nel profondo del cervello, siamo un passo più vicini al ripristino di quella sensazione attraverso la stimolazione e i progressi nel campo della medicina bioelettronica “.

Gli Istituti Feinstein sono la casa scientifica globale della medicina bioelettronica, un campo di ricerca che combina medicina molecolare, neuroscienze e ingegneria biomedica per sviluppare terapie innovative con l’obiettivo di curare malattie e condizioni attraverso la stimolazione mirata dei nervi, tra cui paralisi, artrite, ipertensione polmonare e malattie infiammatorie intestinali.

I risultati di questo studio supportano l’ipotesi che gli elettrodi SEEG possano essere un approccio efficace per la decodifica neurale e l’uso nei sistemi di interfaccia cervello-computer . Questo approccio minimamente invasivo riduce il rischio e può diventare l’approccio preferito per molte applicazioni BCI per ripristinare il movimento e la sensazione.

“Utilizzando approcci di medicina bioelettronica, tra cui la mappatura neurale e la stimolazione cerebrale, i ricercatori comprendono meglio come il cervello comunica con il resto del corpo”, ha affermato Kevin J. Tracey, MD, presidente e CEO degli Istituti Feinstein.

Questa ricerca continua a basarsi sul lavoro del Prof. Bouton e dei suoi collaboratori nella mappatura e stimolazione sensomotoria. Più di recente, il suo team ha pubblicato i risultati sulla rivista Brain Stimulation , mostrando per la prima volta che le sensazioni della punta delle dita altamente focali possono essere suscitate attraverso un impianto cerebrale SEEG.


Ulteriori informazioni: Chad Bouton et al, Decodifica dell’attività neurale nelle aree del cervello sulcalo e della materia bianca per prevedere con precisione il movimento delle dita individuali e gli stimoli tattili della mano umana, Frontiers in Neuroscience (2021). DOI: 10.3389/fnins.2021.699631

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