Una nuova tecnologia potrebbe aiutare le persone con paralisi a parlare di nuovo

Gli scienziati sono vicini a concepire una tecnologia che utilizza la codifica del cervello e i comandi di controllo dei muscoli per permettere alle persone che hanno perso il potere della parola a causa della paralisi di parlare di nuovo.

Una recente ricerca condotta dalla Northwestern University di Evanston, IL, scopre che il cervello genera i suoni del parlato in modo simile a come controlla i movimenti delle mani e delle braccia.

La scoperta avvicina il giorno in cui le persone che sono paralizzate – come gli individui con la “sindrome locked-in” – saranno in grado di parlare attraverso una “interfaccia cervello-macchina” semplicemente provando a dire parole.

A carta sul lavoro ora presenta nel Giornale di Neuroscienze.

Il team prevede che la tecnologia utilizzi la codifica cerebrale dei suoni insieme ai comandi che controllano i muscoli di labbra, lingua, palato e laringe per produrli.

Più “intuitiva” della tecnologia di Hawking

Un tale sistema, spiegano gli autori, sarebbe più “intuitivo” di quello usato dal famoso fisico Stephen Hawking, morto all’inizio di quest’anno all’età di 76 anni.

Hawking aveva una malattia rara chiamata sclerosi laterale amiotrofica che lo lasciò paralizzato e incapace di parlare naturalmente per la maggior parte della sua vita.

Tuttavia, grazie a un’interfaccia di computer che egli potrebbe controllare muovendo la guancia, poteva scrivere parole e frasi che un sintetizzatore vocale leggeva.

Anche se il metodo fa il lavoro, è lento e laborioso. Non è articolando il discorso che il cervello codifica e invia ai muscoli che fanno i suoni.

Invece, richiede che la persona passi attraverso un processo che è più simile alla scrittura; deve pensare, per esempio, alla forma scritta delle parole e delle frasi che desidera articolare, non solo ai loro suoni.

Fonemi e gesti articolatori

Lo studio persegue un modello di produzione del discorso che è in due parti: formulazione di fonemi, e “gesti articolatori.”

Il primo è il processo gerarchico di scomporre frasi, frasi, parole e sillabe in singoli suoni, o fonemi. Il secondo è la loro produzione attraverso il controllo dei muscoli che articolano il tratto vocale. Fino a questo lavoro, non si sapeva come il cervello pianificasse e rappresentasse effettivamente queste.

“Abbiamo ipotizzato”, nota l’autore senior dello studio, il dott. Marc W. Slutzky, professore associato di neurologia e di fisiologia, “le aree motorie del linguaggio del cervello avrebbero un’organizzazione simile alle aree motorie del braccio del cervello.”

Continua a spiegare che hanno identificato due aree cerebrali che sono coinvolte nella produzione del discorso, riportando: “La corteccia precentrale ha rappresentato i gesti in misura maggiore rispetto ai fonemi. La corteccia frontale inferiore, che è un’area del discorso di livello superiore, rappresentava sia i fonemi che i gesti.”

Lui e i suoi colleghi hanno fatto le scoperte mentre studiavano l’attività cerebrale in persone con elettrodi impiantati nel loro cervello mentre venivano sottoposti a interventi chirurgici per rimuovere i tumori. I pazienti dovevano essere coscienti durante l’intervento perché dovevano leggere le parole da uno schermo.

Gli autori spiegano:

“Questi risultati suggeriscono che la produzione del discorso condivide una struttura organizzativa critica simile al movimento di altre parti del corpo.”

“Questo ha importanti implicazioni”, concludono, “sia per la nostra comprensione della produzione del discorso che per la progettazione di interfacce cervello-macchina per ripristinare la comunicazione alle persone che non possono parlare.”

Sulla base dei loro risultati, ora progettano di costruire un algoritmo di interfaccia cervello-macchina che, oltre a decodificare i gesti, sarà anche in grado di formare parole combinandole.
Nuovi neurotrasmettitori attraversano efficacemente la barriera emato-encefalica

I ricercatori hanno trovato un modo apparentemente sicuro per somministrare farmaci direttamente nel cervello: attraverso un tipo precedentemente sconosciuto di neurotrasmettitori. Hanno testato questo approccio nei topi.

La barriera emato-encefalica pone una sfida cruciale per i medici che sperano di consegnare farmaci e altre sostanze terapeutiche direttamente al cervello.

Un nuovo studio dei ricercatori della Tufts University di Boston, MA, descrive un modo per ottenere farmaci in modo sicuro attraverso la barriera emato-encefalica.

I ricercatori hanno scoperto che alcuni neurotrasmettitori possono aiutare le nanoparticelle a base di lipidi a passare attraverso la barriera emato-encefalica e nel cervello.

L’autore corrispondente, l’ingegnere biomedico di Tufts Qiaobing Xu dice che:

“Possiamo consegnare un’ampia gamma di molecole impacchettandole nelle nanoparticelle a base di lipidi senza modificare chimicamente i farmaci stessi. Possiamo anche ottenere la consegna attraverso la barriera emato-encefalica senza interrompere l’integrità della barriera.”

Lo studio appare in I progressi della scienza.

La sfida della barriera emato-encefalica

La barriera emato-encefalica consiste in un rivestimento dei vasi sanguigni di cellule endoteliali che impedisce alle molecole estranee di fuoriuscire dai vasi sanguigni e di entrare nel fluido cerebrale dove potrebbero colpire i neuroni e altre cellule cerebrali. La barriera è altamente selettiva circa le molecole non native che permette nel cervello e che include le sostanze terapeutiche.

Mentre smolecola del centro commerciale o macromolecola farmaci hanno il potenziale per trattare tumori cerebrali, infezioni, disturbi neurogenerativi e ictus, la presenza della barriera emato-encefalica rende difficile per i medici somministrare tali terapie.

Gli scienziati hanno tentato varie soluzioni, ma nessuna si è dimostrata sufficientemente sicura o efficace. L’iniezione diretta di composti nel cervello, così come gli sforzi per forzare ‘perdite’ attraverso la barriera, portano rischi, come la neurotossicità, infezioni e danni ai tessuti.

I ricercatori hanno esaminato l’uso di “vettori”, come anticorpi monoclonali e virus modificati, che viaggiano nel cervello, prendendo molecole terapeutiche con loro.

Tuttavia, i problemi di costo e di sicurezza accompagnano questo approccio. Gli scienziati hanno anche studiato un uso simile di polimeri, nanocapsule e nanoparticelle con un certo successo. Tuttavia, adattare questi materiali per tale uso è spesso complicato.

Il neurotrasmettitore “apriporta

Tuttavia, la barriera emato-encefalica permette ad alcuni neurotrasmettitori di entrare nel cervello. Xu e i suoi colleghi hanno sviluppato un sistema che utilizza una particolare classe di neurotrasmettitori come mezzo per attraversare la barriera, portando le molecole nel cervello dei topi.

Gli autori dello studio hanno iniziato attaccando uno di questi neurotrasmettitori a molecole di grasso o lipidi. Poi, essi drogato questi neurotrasmettitore-lipidoidi combinati, o NT-lipidoidi, in lipidi-nanoparticelle (LNPs).

Le LNP sono piccole bolle lipidiche in cui gli scienziati hanno inserito molecole terapeutiche. Gli scienziati possono iniettare gli LNP NT-lipidoidi e le molecole che contengono nel flusso sanguigno per via endovenosa.

Quando gli LNP arrivano alla barriera emato-encefalica, il loro neurotrasmettitore fornisce l’ingresso, consegnando il molecole che trasportano direttamente e in modo sicuro ai neuroni del cervello e altre cellule.

Il co-autore Feihe Ma nota che “è semplice, efficace e potenzialmente applicabile su vasta scala – possiamo modificare il contenitore per il farmaco, e aggiungendo l’NT-lipidoide, è come attaccare un’etichetta di indirizzo per la consegna nel cervello.”

I ricercatori del laboratorio Xu riportano il successo della consegna dei seguenti LNP NT-lipidoidi:

    Il team è stato in grado di confermare il successo del targeting di questi payloads al cervello dei topi. Nel caso dell’oligonucleotide antisenso tau, hanno osservato una riduzione delle proteine tau.

    La proteina GFP-Cre è stato il primo caso in assoluto di editing del genoma di cellule neuronali avviato per via endovenosa.

    Oltre alle sostanze testate per lo studio, Xu si aspetta che gli scienziati possano usare gli LNPs per consegnare una varietà di sostanze terapeutiche al cervello, compreso il DNA e grandi complessi enzimatici.

    “Il potere del nostro metodo è che è estremamente versatile e relativamente non distruttivo”, dice Xu.

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