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CNR: Alamanacco della Scienza

N. 8 - 1 ago 2018
ISSN 2037-4801

Focus - Corpo  

Tecnologia

Brain implants: cosa ti metto in testa

L'avanzamento tecnologico ha portato negli ultimi anni alla fabbricazione di protesi con funzionalità sempre maggiori e ad apparecchi per l'udito e per la vista, realizzato grazie a impianti cocleari e retine artificiali. C'è poi una nuova frontiera, più complessa: il cervello, un organo di cui conosciamo ancora poco. Gli impianti cerebrali (brain implants) sono sistemi progettati per studiare le funzioni cerebrali in vivo e per curare il sistema nervoso danneggiato. È stato ad esempio dimostrato come una leggera stimolazione elettrica profonda delle aree compromesse possa aiutare pazienti parkinsoniani ed epilettici a controllare i sintomi della malattia e a limitarne il decorso. E recenti ricerche nel settore biomedico hanno portato alla creazione di microchip capaci di sostituirsi all'area cerebrale lesa e svolgerne al suo posto le funzioni cognitive. Una delle aree più studiate è l'ippocampo, che svolge un ruolo fondamentale nei processi di apprendimento e memoria e che risulta spesso compromessa in presenza di malattie neurodegenerative quali Parkinson e Alzheimer. Microchip cerebrali testati sia su topi sia su pazienti umani si sono dimostrati in grado di supportare le aree lese nelle loro funzioni cognitive, fino a sostituirsi completamente al tessuto danneggiato, con un miglioramento rilevante delle prestazioni.

Ma c'è un aspetto critico legato ai brain implants a cui raramente si pensa: in che materiale si può realizzare un dispositivo che entra in contatto diretto con il cervello? “Quando si impianta un organismo estraneo in un organo, è importante che il materiale sia non solo adatto alla funzione che deve svolgere, ma anche bio-compatibile e di struttura adatta”, spiega Michele Muccini, direttore dell'Istituto per lo studio dei materiali nanostrutturati (Ismn) del Cnr. “Il cervello è l'organo più complesso e meno conosciuto del nostro corpo, siamo abituati a pensarlo come qualcosa di omogeneo e compatto, ma non è affatto così. La vera sfida è riuscire a creare qualcosa capace di adattarsi alla sua struttura plastica, irregolare e unica da individuo a individuo”.

Non è facile. Nel settore di ricerca che studia da più di vent'anni i microchip neurali, vengono testati i materiali più diversi, da quelli organici come il carbonio ai meno intuitivi come la carta, ma la maggior parte degli impianti finora usati sono costruiti con semiconduttori inorganici, come il silicio. “Questi materiali hanno ottime proprietà elettriche ma, per la loro natura chimica e per la loro rigidità, dopo qualche tempo dall'inserimento cominciano a perdere efficacia e rischiano di indurre reazioni che danneggiano il tessuto circostante”, prosegue il direttore del Cnr-Ismn. “Sono tuttavia i più utilizzati al momento, perché sono gli unici che hanno passato tutti i test di validazione medico-scientifica e vengono usati da anni anche su pazienti umani”.

I ricercatori del Cnr puntano però all'utilizzo di nuovi materiali. Ocst, 'Organic cell stimulating and sensing transistor', è il prototipo di una nuova tecnologia, l'elettronica organica trasparente, che nel 2013 ha portato il team di ricerca di Muccini a una pubblicazione su 'Nature Materials'. “È un microchip organico trasparente sul quale vengono adagiate le reti neuronali”, illustra il ricercatore. “È completamente biocompatibile, caratteristica che gli consente di rimanere a contatto per lungo tempo con i neuroni senza rischio di danneggiamento dei tessuti”. I microchip biocompatibili sono degradabili spontaneamente dall'organo, peculiarità che può costituire un problema da superare ma anche un'opportunità. “Un paziente che necessita l'impianto di elettrodi di profondità deve sottoporsi a due interventi, uno per impiantarli e uno per rimuoverli” aggiunge Muccini. “La possibilità di sviluppare un sistema che al termine della terapia venga assorbito spontaneamente dal tessuto rende inutile il secondo intervento, eliminando tutti i rischi e lo stress relativi. L'Ocst può anche generare luce, caratteristica che, unita a un'ampia superficie attiva, lo rende particolarmente adatto allo studio dei neuroni e alla modulazione della loro attività”.

I microchip neurali aprono la porta a scenari nuovi, possibilità finora esclusiva della fantascienza: recuperare capacità cognitive perse, ma anche di potenziare quelle possedute o acquisirne di nuove. Testati su soggetti animali e umani, i microchip neurali in test di memoria hanno registrato performance fino al 30% migliori della media. “Dobbiamo stare attenti quando parliamo di queste possibilità, per quanto allettanti. Sono scettico nei confronti di una procedura che prospetta un'operazione chirurgica invasiva, come quella di cui stiamo parlando, su un cervello sano e funzionante. Ritengo che l'obiettivo principale di queste tecnologie debba essere aumentare le nostre conoscenze sul funzionamento del cervello, per sviluppare terapie migliori”, conclude il ricercatore. “E per quanto riguarda i brain implants, bisogna lavorare per ottenere stabilità dei sistemi, riproducibilità degli effetti ottenuti e affidabilità nel tempo”.

Giulia Bona

Fonte: Michele Muccini, Istituto per lo studio dei materiali nanostrutturati, Roma, tel. 06/90672484 , email michele.muccini@cnr.it -