Studio sui topi: i ricercatori escogitano una forma non invasiva di stimolazione cerebrale profonda

I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT), in collaborazione con Beth Israel Deaconess Medical Center (BIDMC) e la Fondazione IT’IS in Svizzera, hanno ideato una forma non invasiva di stimolazione cerebrale profonda.

Questo nuovo approccio potrebbe rendere la stimolazione cerebrale profonda meno rischiosa, meno costosa e più accessibile ai pazienti con malattia di Parkinson e altri disturbi. Invece di richiedere un intervento chirurgico per impiantare elettrodi all'interno del cervello, questo nuovo metodo funziona applicando elettrodi al cuoio capelluto.

Finora, il nuovo approccio è stato studiato nei topi vivi dove è stato dimostrato che stimola selettivamente le strutture cerebrali profonde senza influenzare l'attività delle cellule nelle regioni sovrastanti. I risultati sono pubblicati sulla rivista Cellula.

“La tradizionale stimolazione cerebrale profonda richiede l'apertura del cranio e l'impianto di un elettrodo, che può avere complicazioni. In secondo luogo, solo un piccolo numero di persone può eseguire questo tipo di neurochirurgia ", afferma l'autore senior Ed Boyden, professore associato di ingegneria biologica e scienze cerebrali e cognitive al MIT.

La tradizionale stimolazione cerebrale profonda è stata utilizzata con successo su molti pazienti con malattia di Parkinson. È stato anche usato per trattare alcuni pazienti con disturbo ossessivo compulsivo, epilessia e depressione, ed è attualmente in fase di studio come trattamento per l'autismo. Il nuovo approccio non invasivo potrebbe rendere più facile adattare la stimolazione cerebrale profonda per trattare ulteriori disturbi, affermano i ricercatori.

"Con la capacità di stimolare le strutture cerebrali in modo non invasivo, speriamo di poter aiutare a scoprire nuovi obiettivi per il trattamento dei disturbi cerebrali", afferma l'autore principale del documento, Nir Grossman, ex postdoc Wellcome Trust-MIT che lavora al MIT e al BIDMC, che ora è ricercatore presso l'Imperial College di Londra.

Quando si cura il morbo di Parkinson, gli elettrodi sono generalmente posizionati nel nucleo subtalamico, una struttura a forma di lente situata sotto il talamo, in profondità nel cervello. È stato dimostrato che gli impulsi elettrici forniti a questa regione del cervello migliorano molti sintomi della malattia, ma l'intervento chirurgico necessario per impiantare gli elettrodi comporta rischi, tra cui emorragia cerebrale e infezioni.

Altri ricercatori hanno cercato di stimolare in modo non invasivo il cervello utilizzando tecniche come la stimolazione magnetica transcranica (TMS), che è approvata dalla FDA per il trattamento della depressione. Poiché la TMS non è invasiva, è stata utilizzata anche in soggetti umani normali per studiare la scienza di base della cognizione, delle emozioni, delle sensazioni e del movimento.

Tuttavia, l'utilizzo della TMS per stimolare le strutture cerebrali profonde può anche provocare una forte stimolazione delle regioni di superficie, con conseguente modulazione di più reti cerebrali.

I ricercatori del MIT hanno scoperto come fornire la stimolazione elettrica nel profondo del cervello, tramite elettrodi posizionati sul cuoio capelluto, sfruttando un fenomeno noto come interferenza temporale.

Questa strategia richiede la generazione di due correnti elettriche ad alta frequenza utilizzando elettrodi posizionati all'esterno del cervello. Questi campi sono troppo veloci per guidare i neuroni. Tuttavia, queste correnti interferiscono tra loro in modo tale che nel punto in cui si intersecano, nel profondo del cervello, viene generata una piccola regione di corrente a bassa frequenza all'interno dei neuroni. Questa corrente a bassa frequenza può essere utilizzata per guidare l'attività elettrica dei neuroni, mentre la corrente ad alta frequenza passa attraverso il tessuto circostante senza alcun effetto.

Sintonizzando la frequenza di queste correnti e modificando il numero e la posizione degli elettrodi, i ricercatori possono controllare le dimensioni e la posizione del tessuto cerebrale che riceve la stimolazione a bassa frequenza. Possono mirare a posizioni profonde all'interno del cervello senza influenzare nessuna delle strutture cerebrali circostanti. Possono anche guidare la posizione della stimolazione, senza spostare gli elettrodi, alterando le correnti. In questo modo, potrebbero essere stimolati bersagli profondi, sia per uso terapeutico che per indagini scientifiche di base.

"Puoi cercare obiettivi profondi e risparmiare i neuroni sovrastanti, anche se la risoluzione spaziale non è ancora buona come quella della stimolazione cerebrale profonda", afferma Boyden, membro del Media Lab del MIT e del McGovern Institute for Brain Research.

Li-Huei Tsai, direttrice del Picower Institute for Learning and Memory del MIT, e i ricercatori del suo laboratorio hanno testato questa tecnica nei topi e hanno scoperto che potevano stimolare piccole regioni nel profondo del cervello, compreso l'ippocampo. Sono stati anche in grado di spostare il sito di stimolazione, consentendo loro di attivare diverse parti della corteccia motoria e di spingere i topi a muovere gli arti, le orecchie o i baffi.

"Abbiamo dimostrato che possiamo mirare in modo molto preciso a una regione del cervello per suscitare non solo l'attivazione neuronale ma anche le risposte comportamentali", afferma Tsai. "Penso che sia molto eccitante perché il morbo di Parkinson e altri disturbi del movimento sembrano provenire da una regione molto particolare del cervello, e se riesci a prenderlo di mira, hai il potenziale per invertirlo".

È significativo che il nuovo approccio non abbia attivato i neuroni nella corteccia, la regione che si trova tra gli elettrodi sul cranio e il bersaglio nel profondo del cervello. I ricercatori inoltre non hanno riscontrato effetti dannosi in nessuna parte del cervello.

Fonte: Massachusetts Institute of Technology