Un casco da bici che registra l’attività cerebrale

Fare una scansione del cervello non è mai stato così semplice. Questo risultato è stato ottenuto modificando un casco da bici e creando così un sistema indossabile in grado di registrare in modo continuo l’attività del cervello. La ricerca è stata presentata nei giorni scorsi sulla rivista Nature Communications.

Questo nuovo strumento consente movimenti naturali durante la scansione ed è stato utilizzato per la prima volta in uno studio con bambini piccoli. Questo sistema potrebbe segnare un passo importante per facilitare la nostra comprensione dello sviluppo cerebrale durante l’infanzia.

Una rivoluzionaria tecnologia di magnetoencefalografia

I ricercatori del Sir Peter Mansfield Imaging Center dell’Università di Nottingham, che lavorano in collaborazione con ricercatori dell’Università di Oxford e UCL, hanno migliorato la loro rivoluzionaria tecnologia di magnetoencefalografia integrandola in un casco e utilizzandola per misurare l’attività cerebrale nei bambini piccoli, impegnati in attività naturali.

Oltre a fornire un nuovo modo di misurare la funzione cerebrale sana, per tutta la durata della vita, offre anche l’opportunità di studiare una serie di condizioni neurologiche e di salute mentale nei bambini, tra cui l’epilessia e l’autismo.

I campi magnetici creati dalle cellule cerebrali

Le cellule cerebrali funzionano e comunicano producendo correnti elettriche. Queste correnti generano minuscoli campi magnetici che possono essere rilevati all’esterno della testa. I ricercatori hanno utilizzato la magnetoencefalografia per mappare le funzioni cerebrali misurando questi campi magnetici. Con questa tecnica è possibile avere un quadro aggiornato, millisecondo per millisecondo, di quali parti del cervello sono impegnate quando intraprendiamo compiti diversi, come parlare o muoverci.

Tecnologia quantistica indossabile

Ryan Hill, il ricercatore che ha guidato questo nuovo studio, ha dichiarato: “Le basi della cognizione umana sono state stabilite nei primi decenni di vita, ma ci sono sempre stati modi limitati di studiarli a causa delle restrizioni nella tecnologia di scansione del cervello. Un problema particolare è sempre stato il movimento e il fatto che i grandi scanner fissi tradizionali hanno sempre richiesto ai pazienti di rimanere completamente fermi. Non solo questo non fornisce un quadro preciso del cervello che opera in un ambiente naturale, ma pone anche gravi restrizioni su chi può essere scansionato, dove i bambini che rappresentano la sfida più grande.“

Il team di ricerca di Nottingham ha risolto questo problema utilizzando nuovi sensori “quantistici” che sono molto leggeri. Ciò significa che la tecnologia della magnetoencefalografia, che tradizionalmente richiede una macchina “taglia unica” di mezza tonnellata, è stata ridotta a un casco da 500 g che può adattarsi a qualsiasi dimensione della testa.

Poiché i nuovi sensori possono essere posizionati molto vicino alla testa, la quantità di segnale che possono captare è notevolmente aumentata rispetto alle apparecchiature convenzionali, che richiedono sensori tenuti molto freddi (-269 gradi), e quindi lontani dalla testa. Il team di ricerca ha inoltre sviluppato speciali bobine elettromagnetiche che consentono un controllo accurato dei campi magnetici di fondo, consentendo agli individui di essere scansionati mentre si muovono liberamente.

Un casco stampato in 3D

Ryan continua: “Lo scanner prototipo iniziale era un casco stampato in 3D su misura – in altre parole, solo una persona poteva usarlo. Era molto pesante e abbastanza spaventoso da guardare. Qui, volevamo adattarlo per l’uso con i bambini, il che significava che dovevamo progettare qualcosa di molto più leggero e più confortevole, ma che consentiva comunque un contatto abbastanza buono con i sensori quantistici, per raccogliere segnali dal cervello.

Abbiamo progettato e costruito un nuovo design in stile casco da bici e usando questo siamo stati in grado di analizzare con successo l’attività cerebrale di un bambino di 2 e 5 anni mentre svolgevano un’attività quotidiana, in questo caso guardando la TV mentre le loro mani venivano carezzate dalla loro mamma. Sono stati in grado di muoversi e agire naturalmente mentre lo facevano. Per dimostrare che il sistema è ugualmente applicabile ai bambini più grandi, l’abbiamo usato, con un casco più grande, per scansionare un adolescente che gioca a un gioco per computer.”

Le applicazioni nel mondo reale

Oltre a guardare l’attività cerebrale dei bambini, i ricercatori hanno utilizzato il nuovo scanner per esaminare l’attività cerebrale in un adulto che apprende uno strumento musicale: questo scenario fornisce un modo per esaminare l’attività cerebrale mentre qualcuno si impegna in un compito naturale, ma era impensabile da ottenere con l’equipaggiamento convenzionale della magnetoencefalografia, perché l’atto di suonare lo strumento richiede il movimento della testa e del braccio.

Il professor Matthew Brookes, che guida la ricerca sulla magnetoencefalografia presso l’Università di Nottingham, ha dichiarato: “Questo studio è un passo estremamente importante per avvicinare la magnetoencefalografia all’utilizzo in ambito clinico, dimostrando che ha un potenziale reale per l’uso nei bambini. La sfida ora è quella di espanderlo ulteriormente, sfruttando i vantaggi teorici, come l’alta sensibilità e la risoluzione spaziale, e perfezionando la progettazione e la fabbricazione del sistema, portandolo via dal laboratorio, verso un prodotto commerciale.”

 

 

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