L'impianto cerebrale determina un notevole recupero in pazienti con gravi lesioni cerebrali

All'età di 21 anni, la vita di una giovane donna è stata sconvolta dopo aver subito un colpo alla testa e una grave lesione cerebrale durante un devastante incidente stradale.

Da allora ne convive con le conseguenze, lottando per concentrarsi abbastanza a lungo da portare a termine semplici attività quotidiane. Destreggiarsi tra più faccende era quasi impossibile. La sua memoria sarebbe svanita. Le parole le restavano bloccate sulla punta della lingua. Il suo corpo sembrava avere una mente propria. Costantemente in movimento, era difficile stare fermi. La depressione e l'ansia le annebbiavano la mente.

Diciotto anni dopo, subì un intervento chirurgico che le cambiò nuovamente la vita. Dopo aver mappato attentamente il suo cervello, i chirurghi hanno impiantato degli elettrodi in profondità nel talamo. Costituito da due strutture bulbose, una su ciascun emisfero, il talamo è la grande stazione centrale del cervello, le sue connessioni si estendono in lungo e in largo attraverso più regioni. Uno stimolatore, impiantato vicino alla clavicola, attivava automaticamente l'impianto neurale per 12 ore al giorno.

I risultati sono stati sorprendenti. In soli tre mesi, i suoi punteggi sono migliorati in un test standard che misurava una miriade di funzioni cognitive. Per la prima volta da decenni, non si sentiva più sopraffatta durante la sua giornata. Ha iniziato ad amare la lettura e altri hobby.

"Voglio solo... voglio pensare", ha detto ai ricercatori. "Sto usando la mente...non so perché, mi fa solo ridere, ma è sorprendente per me che mi piaccia fare queste cose."

La donna, conosciuta come P1, ha preso parte ad una piccolo, ambizioso esperimento cercando di invertire i problemi cognitivi derivanti da lesioni cerebrali. Guidato dal Dr. Jaimie Henderson presso l'Università di Stanford, la sperimentazione clinica hanno reclutato sei persone per vedere se la stimolazione elettrica del talamo ripristinava la capacità dei partecipanti di ragionare logicamente, fare progetti e concentrarsi su un determinato compito.

In media, i punteggi di cinque partecipanti sono migliorati fino al 52%, superando di oltre cinque volte i modesti obiettivi della squadra. Poiché la stimolazione è automatica, i volontari hanno continuato la loro vita quotidiana mentre l’impianto esercitava i suoi effetti terapeutici dietro le quinte.

I benefici erano evidenti. Un partecipante ha affermato di riuscire finalmente a concentrarsi sui programmi televisivi, mentre in precedenza aveva difficoltà a causa della scarsa capacità di attenzione. Un altro ha affermato che ora può tenere traccia di più attività e spostare l’attenzione, ad esempio continuare una conversazione mentre si mette a posto la spesa.

Sebbene promettente, la terapia richiede un intervento chirurgico al cervello, che può essere rischioso. Un partecipante si è ritirato a metà a causa di un'infezione. Ma per coloro che hanno tollerato la terapia, si è trattato di un cambiamento di vita non solo per loro, ma anche per le loro famiglie.

“Ho riavuto mia figlia. È un miracolo", ha detto un membro della famiglia di P1.

Tunneling profondo

La stimolazione cerebrale profonda, il fulcro della terapia, ha una lunga storia.

L'idea è semplice. Il cervello fa affidamento su più circuiti che lavorano in tandem. Queste connessioni possono rompersi a causa di malattie o infortuni, rendendo impossibile ai segnali elettrici coordinarsi e formare pensieri o decisioni.

Una soluzione è quella di collegare le reti cerebrali interrotte con un impianto neurale. Grazie a sofisticati impianti e intelligenza artificiale, ora possiamo attingere alle vibrazioni elettriche del cervello e del midollo spinale, decodificarne le intenzioni e utilizzare questo "codice neurale" per guidare bracci robotici o consentire persone paralizzate a camminare di nuovo.

Sebbene potenti, questi impianti spesso si trovano sullo strato esterno del cervello o attorno ai nervi del midollo spinale che sono relativamente facili da accedere.

La stimolazione cerebrale profonda rappresenta una sfida perché prende di mira le regioni sepolte all’interno del cervello. Inventata negli anni '1980 per trattare i sintomi motori del morbo di Parkinson, la tecnologia è stata utilizzata da allora per combattere la depressione, con solo pochi zapping per alleviare i sintomi nei soggetti gravemente depressi.

Il nuovo studio si è basato su questi risultati. Le persone con lesioni cerebrali traumatiche a lungo termine spesso hanno problemi di umore e capacità di attenzione, rendendo difficile bilanciare più compiti senza mal di testa e affaticamento. Fanno anche fatica a stare fermi.

Queste funzioni sono controllate da diverse aree del cervello. Ma un collegamento fondamentale è il talamo, un hub che collega le regioni che supportano l’attenzione, l’umore e il movimento. Il talamo è costituito da due bulbi a forma di aglio, ciascuno annidato negli emisferi del cervello, che coordinano i segnali provenienti da tutto il cervello. Un'importante stazione di ritrasmissione sensoriale, è stata soprannominata "la porta verso la coscienza".

Precedenti studi sui topi avevano individuato parte del talamo come potenziale centro terapeutico per lesioni cerebrali traumatiche. Altri studi lo hanno scoperto stimolare la regione era sicuro nelle persone con coscienza minima e li ha aiutati a riprendersi. Questa è la regione presa di mira dal nuovo studio.

Facendo zapping

Il team ha ristretto il numero di oltre 400 volontari a soli sei: quattro uomini e due donne con sintomi di lesione cerebrale traumatica da moderata a grave. Prima dell’intervento chirurgico, sono stati sottoposti a numerosi test per valutare le loro capacità cognitive di base, l’umore e la visione generale della vita.

Ogni partecipante aveva a neurostimolatore disponibile in commercio impiantati nel talamo in entrambi gli emisferi cerebrali. Per individuare potenziali effetti precoci dopo l’impianto, i pazienti sono stati assegnati a tre gruppi in base alla rapidità con cui l’impianto è stato attivato dopo l’intervento chirurgico.

I partecipanti hanno sperimentato diversi modelli di zapping per due settimane. Come scorrendo le playlist di Spotify, ognuno alla fine ha trovato uno schema ottimizzato per la propria struttura neurale: i tempi e l'intensità della stimolazione hanno permesso loro di pensare in modo più chiaro e di sentirsi meglio, con effetti collaterali minimi. L'impianto ha poi stimolato il talamo 12 ore al giorno per tre mesi.

I risultati sono stati impressionanti. Nel complesso, i partecipanti hanno migliorato tra il 15 e il 52%, misurato dallo stesso test cognitivo utilizzato per il loro livello di base. Due pazienti, incluso P1, sono migliorati così tanto da non soddisfare più la diagnosi di disabilità moderata inferiore. Questo aumento della capacità mentale suggerisce che i partecipanti possono affrontare il lavoro e riconnettersi con amici e familiari con uno sforzo minimo, ha scritto il team nello studio.

Un altro test ha interrotto la stimolazione in una manciata di partecipanti per quasi un mese. Né i ricercatori né i partecipanti inizialmente sapevano di quali impianti fossero stati disattivati. Nel giro di poche settimane, due pazienti notarono di sentirsi molto peggio e si ritirarono dal test. Delle tre persone rimaste, due sono migliorate – e una è peggiorata – con lo stimolatore acceso. Ulteriori indagini hanno scoperto che l'impianto stava erroneamente facendo lo zapping al cervello del paziente non responsivo quando avrebbe dovuto essere spento.

Sebbene ci siano stati effetti collaterali minimi, il trattamento non ha sconvolto la vita dei partecipanti. Lo zapping ha causato stranezze ai muscoli della mascella in alcune persone. P1, ad esempio, ha scoperto che biascicava le parole quando era alla massima intensità di stimolazione. Un’altra persona ha avuto difficoltà a restare ferma e alcuni hanno sperimentato cambiamenti di umore.

Lo studio è ancora in fase iniziale e molte domande rimangono senza risposta. Ad esempio, il trattamento funziona indipendentemente dalla sede della lesione cerebrale? I volontari sono stati testati solo per tre mesi dopo l’intervento chirurgico, il che significa che eventuali miglioramenti a lungo termine rimangono un mistero. Detto questo, più partecipanti hanno aderito per mantenere i propri impianti e partecipare a studi futuri.

Anche con questi avvertimenti, i partecipanti e i loro cari sono stati grati. "È così profondo per noi", ha detto un membro della famiglia di P1. “Non ci avrei mai creduto. Va oltre le mie speranze, oltre ogni aspettativa. Qualcuno ha riacceso le luci.

Immagine di credito: Istituto Nazionale di Salute Mentale, Istituti Nazionali di Sanità

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• Fonte: https://singularityhub.com/2023/12/04/brain-implant-sparks-remarkable-recovery-in-patients-with-severe-brain-injury/