SCOPERTA/ Le sonde per osservare cervello e neuroni specchio

- Davide Cellai

DAVIDE CELLAI ci parla di un nuovo sistema di sonde per la diagnostica e lo studio dei neuroni nel cervello umano che promette tante applicazioni

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Un nuovo sistema di sonde per la diagnostica e lo studio dei neuroni nel cervello umano, denominato NeuroProbes, è stato messo a punto da un consorzio di gruppi di ricerca europei, guidato dal professor Hercules Pereira Neves, dell’università di Leuven in Belgio: fornirà informazioni utili per combattere gravi patologie neurologiche come la schizofrenia o il morbo di Alzheimer.

 

Il sistema si basa su matrici di microelettrodi connessi ai singoli neuroni attraverso un’interfaccia neuro-elettrica. Queste connessioni richiedono una profonda conoscenza dei processi che coinvolgono la membrana delle cellule neuronali e devono essere programmate di conseguenza.

Sonde simili sono già usate nella diagnosi pre-operatoria, per esempio per localizzare una lesione che causa crisi epilettiche. Grazie alla capacità di stimolare o registrare informazioni da singoli neuroni, queste matrici di elettrodi costituiscono una metodologia molto precisa e aprono la strada a un’analisi sistematica dell’attività cerebrale a livello neuronale.

Sia i tessuti neurali, sia quelli muscolari possono essere attivati elettricamente attraverso stimolazione artificiale. L’attivazione risulta nel trasporto di informazione nel caso dei neuroni, nella contrazione nel caso dei muscoli. Queste proprietà furono osservate già alla fine del XVIII secolo da Luigi Galvani, che eseguiva i primi esperimenti di elettricità sui muscoli delle rane.

I suoi esperimenti furono spiegati pochi anni più tardi da Alessandro Volta, che capì che all’origine della stimolazione dei nervi vi era la differenza di potenziale elettrico causata dal contatto fra metalli diversi. Oggi sappiamo che per eccitare artificialmente i neuroni è necessaria sia l’attivazione della membrana cellulare, sia l’applicazione di una differenza di potenziale.

Il sistema di sonde NeuroProbes ha diverse importanti applicazioni scientifiche. Innanzitutto, esso consente di approfondire lo studio dei neuroni specchio. I neuroni specchio giocano una parte fondamentale nel meccanismo che permette l’apprendimento. Questo tipo di neuroni viene attivato sia quando compiamo o immaginiamo un certo movimento, sia quando osserviamo qualcun altro compiere lo stesso movimento.

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La somiglianza fra l’effetto procurato osservando gli altri e quello generato durante il movimento permette all’osservatore di capire il comportamento degli altri senza complesse elaborazioni cognitive. I neuroni specchio furono scoperti dal professor Giacomo Rizzolatti, dell’università di Parma, negli anni ‘90, in seguito ad approfonditi esperimenti sui macachi. Infatti, anche il professor Rizzolatti partecipa al progetto NeuroProbes e si aspetta importanti passi avanti nella capacità di dettagliare a livello neuronale i meccanismi dell’apprendimento.

 

Oggi si conosce bene la specificità delle diverse aree del cervello e si è in grado di associare le diverse attività cerebrali con l’area appropriata. Manca ancora, tuttavia, un livello di dettaglio così grande da poter determinare la funzionalità delle singole cellule. È proprio qui che la piattaforma NeuroProbes interverrà, permettendo di monitorare i singoli neuroni. In particolare, ci si aspettano interessanti risultati proprio nello studio dei processi cognitivi. Da qui, questo sistema potrebbe permettere lo sviluppo di cure per persone con disabilità cognitive come l’autismo.

 

Un’altra promettente applicazione del sistema NeuroProbes riguarda la cura dei non udenti. Il sistema, infatti, può portare alla realizzazione di nuovi impianti cocleari. Oggi questo tipo di apparecchi funziona solo dove le strutture nervose non sono danneggiate. D’altra parte, le nostre conoscenze sulla trasmissione di informazione sono sempre più lacunose quanto più il danno si avvicina alla corteccia. NeuroProbes può essere fondamentale proprio per capire i processi in prossimità della corteccia e quindi fare un passo verso la progettazione di apparecchi più avanzati e utilizzabili da una classe più ampia di pazienti.

 

NeuroProbes è il risultato di anni di ricerca da parte dell’omonimo consorzio finanziato dall’Unione Europea. Ora ci si aspetta un significativo sviluppo industriale, con imprese di start-up e spin-off che fabbricheranno le sonde per rispondere alla domanda del mercato.

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