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Allenare il cervello per le protesi

Protesi robotica di una mano


Uno studio finanziato dall'UE stabilisce che si può allenare il cervello a usare le protesi

Gli scienziati impegnati nello sviluppo di protesi controllate dal pensiero per persone che stanno guarendo da lesioni delle colonna vertebrale o da un'amputazione, saranno interessati a un nuovo studio finanziato dall'UE che mostra che il cervello è più flessibile e allenabile di quanto si pensasse.

In un articolo pubblicato sulla rivista Nature, un team di ricercatori portoghesi e americani spiega come, attraverso un processo chiamato plasticità, parti del cervello possono essere allenate a fare qualcosa che normalmente non fanno. Il team ha scoperto che gli stessi circuiti del cervello usati per imparare le capacità motorie, come andare in bicicletta o guidare la macchina, si possono usare per controllare compiti strettamente mentali, anche arbitrari. Si tratta del primo studio che esclude il ruolo del movimento fisico quando si impara a usare una protesi.

Uno degli autori dello studio, il dotto Rui Manuel Marques Fernandes da Costa, del Centro dello studio dell'ignoto Champalimaud a Lisbona in Portogallo, ha ricevuto una sovvenzione Starting Grant del Consiglio europeo della ricerca (CER) di oltre 1,5 milioni di euro per il lavoro svolto sul suo progetto NEUROHABIT ("Neural mechanisms of action learning and action selection: From intent to habit") che ha contribuito a questo studio.

Un altro degli autori dello studio, Jose Carmena dell'Università della California, Berkeley negli Stati Uniti, commenta così i risultati dello studio: "Speriamo che le nuove informazioni che abbiamo ottenuto sull'insieme delle connessioni del cervello porteranno a una più ampia gamma di protesi migliori che sembrino più naturali possibile a chi le usa.
Suggeriscono che imparare a controllare un'interfaccia cervello-macchina, cosa che è assolutamente innaturale, potrebbe sembrare completamente normale a una persona perché questa attività di apprendimento usa i circuiti incorporati del cervello esistenti per il naturale controllo dei movimenti. Questo è fondamentale per le persone che non possono muoversi. La maggior parte degli studi sull'interfaccia cervello-macchina sono stati fatti in animali sani e con un corpo funzionante. Il nostro studio dimostra che questo controllo delle neuroprotesi è possibile, anche se il movimento fisico non viene coinvolto."

L'esperimento condotto dal team consisteva nel vedere se i ratti potessero completare un compito astratto quando non era coinvolto il movimento fisico intenzionale. I ricercatori hanno disaccoppiato il ruolo dei neuroni motori in questione necessari per muovere i baffi con l'azione necessaria per ottenere un premio in cibo. Ai ratti è stata applicata un'interfaccia cervello-macchina che convertiva le onde cerebrali in toni acustici. Per ottenere il premio, i ratti dovevano modulare i loro schemi di pensiero nell'ambito di uno specifico circuito del cervello per alzare o abbassare la tonalità del segnale. Ai ratti veniva dato un feedback acustico, in modo che imparassero ad associare uno specifico schema di pensiero a una specifica tonalità.

In un periodo di appena due settimane, i ratti hanno velocemente imparato che per ottenere il cibo, dovevano creare una tonalità alta, per ottenere acqua zuccherata, dovevano creare una tonalità bassa. Se il gruppo di neuroni del compito venivano usati per la loro normale funzione, muovere i baffi, non c'era alcun cambiamento di tonalità del suono e nessun premio.

"Non è una cosa naturale per i ratti," commenta il dott. Costa. "E questo ci dice che è possibile costruire una protesi che non deve per forza imitare l'anatomia del sistema motorio naturale per funzionare."

I ricercatori sperano che queste scoperte porteranno a una nuova generazione di protesi che diano una sensazione naturale e che possano essere usate senza che i pazienti debbano pensare troppo a muovere un arto robotico.

Fonte: Cordis (02/04/2012)
Pubblicato in Medicina e Salute
Tag: protesi, cervello
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