Un congegno wireless nel cervello per combattere la depressione

Un impianto delle dimensioni di un chicco di riso alimentato in modalità wireless è stato in grado di stimolare elettricamente il cervello dei roditori nel fare quello che vogliono. Il nuovo gadget potrebbe aiutare gli scienziati a capire meglio come curare alcuni disturbi di salute mentale come la depressione, secondo un nuovo studio.

Il cervello umano, riporta Applied Physical Review, è il computer più potente mai conosciuto, una assemblaggio straordinario di circuiti elettrici viventi. Per ottenere una maggiore comprensione di come funziona il cervello umano – e per risolvere gli eventuali problemi relativi ad esso – i neuroscienziati vorrebbero stimolare elettricamente il cervello di animali più semplici come i topi, per svolgere compiti e rispondere alle loro necessità.

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Dei dispositivi minuscoli situati nel cervello, stimolandolo, potrebbero consentire agli animali di muoversi, comportarsi in un determinato modo e reagire liberamente durante gli esperimenti. Tuttavia, le batterie sono troppo pesanti e ingombranti per adattarsi a tali piccoli aggeggi. Invece, queste invenzioni possono essere alimentate da fili ad induzione magnetica, in cui una bobina di filo può trasmettere energia ad un’altra bobina utilizzando campi magnetici.

“La stimolazione wireless neurale nei topi è stata provata molte volte in passato, e in molti di questi sistemi, i topi potevano muoversi liberamente su una vasta area”, ha detto Ada Poon, autore senior dello studio, ingegnere elettrico presso la Stanford University in California.

Le soluzioni precedenti

Tuttavia, i precedenti dispositivi wireless cerebrali sono stati limitati dai loro componenti di alimentazione. Se queste parti sono troppo piccole, il potere si perde se gli animali si allontanano dal punto in cui l’energia è concentrata, cosa che ha limitato il punto in cui gli animali potevano vagare a piacimento. D’altra parte, se queste parti sono grandi, erano tipicamente troppo grandi per essere impiantate. Altri laboratori hanno creato sia dispositivi ingombranti montati sui crani dei topi, o matrici complesse fatte di bobine in coppia con sensori per individuare i topi e fornire energia. “A noi ciò suonava come un sacco di lavoro”, ha detto Poon in diretta. “Eravamo ‘pigri’. La ‘pigrizia’ ci ha portato ad essere più creativi. ”

Ora i ricercatori hanno creato dispositivi per stimolare il cervello alimentati in modalità wireless impiantabili negli animali, sostanzialmente, che usano il corpo del topo per aiutare a raccogliere energia. “Sorprendentemente, funziona”, ha detto Poon. “Gli ingegneri tendono a pensare soluzioni complesse, ma a volte se ci alleniamo a pensare un po’ fuori dagli schemi, potremmo essere in grado di arrivare ad alcune soluzioni pazzesche ma praticabili, che sono più semplici.”

Il dispositivo è approssimativamente cilindrico, di circa 2 millimetri di larghezza, 3 mm di lunghezza, e 20 millimetri di peso, cosa che lo rende circa 100 volte più piccolo e leggero rispetto ai dispositivi precedenti. “Ci piace confrontare le dimensioni con un chicco di riso leggermente più spesso”, ha detto Poon. I corpi dei topi non sono utilizzati per assorbire l’energia. Piuttosto, gli organi del topo interagiscono con i circostanti campi magnetici, contribuendo a trattare l’energia come una lente, dal trasmettitore al ricevitore nell’impianto.

Circa un millesimo dell’energia trasmessa ai topi viene assorbita dai dispositivi, un’efficienza non paragonabile ai sistemi precedenti, i ricercatori hanno detto. “Raggiungiamo queste efficienze, tuttavia, senza limitare l’area di copertura o la richiesta di grandi antenne montato sulla testa”, ha aggiunto Poon. Gli scienziati possono alimentare l’impianto affinché i topi vaghino attraverso una camera rivestita con un reticolo magnetico. Il dispositivo è stato impiantato in una regione del cervello del topo noto corteccia infralimbica, che è implicato in altri animali in problemi di depressione e ansia.

“Questo aprirà la porta a una serie di nuovi esperimenti per capire meglio e curare i disturbi di salute mentale come la depressione”, ha detto Poon. “Inoltre, poiché non vi è alcun filo e nessuna struttura sporgente che esce dagli animali, ciò consentirà esperimenti con più animali nello stesso spazio per comprendere meglio l’interazione sociale. Nel trattamento del dolore cronico e dei disturbi mentali, ad esempio”.

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