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COLONNA DEL PARKINSON: INTERFACCIA CERVELLO – COMPUTER di Kai S. Paulus

tempio greco

(della serie Il Tempio Greco iniziata con LE SEI COLONNE DEL PARKINSON)

 

Ritornando alla riabilitazione delle persone affette da malattia di Parkinson (vedi COLONNA DEL PARKINSON: LA RIABILITAZIONE) dobbiamo aggiungere un’altra metodica, modernissima, che è quella che utilizza la tecnologia elettronica per superare le disabilità, e cioè quella dell’interfaccia cervello computer (brain computer interface, BCI).

L’idea è questa:

Tutti i nostri movimenti volontari vengono ideati nella corteccia del nostro cervello, e dopo un complicato processo di elaborazione e selezione del movimento desiderato, parte il commando nervoso che arriva in periferia fino al muscolo da azionare; così riusciamo a muovere la mano, fare un passo, parlare, ecc.

L’attività cerebrale è costituita da correnti bioelettriche che corrono lungo i neuroni di determinati circuiti neuronali deputati ad una certa azione. Queste attività si possono ‘leggere’.

Quando pensiamo una cosa, nel nostro cervello si attiva una precisa attività elettrica che si può registrare mediante un elettroencefalogramma, EEG, un elettrocorticografia, ECoG, oppure attraverso la registrazione dei potenziali evento-correlati, ERP, cioè l’attività cerebrale che si forma in previsione di un intento fisico oppure anche solo immaginario. Stiamo parlando di eventi elettrici che si verificano nell’arco di pochi millisecondi.

Negli anni ’90 e primi 2000 studiavamo in Clinica Neurologica queste metodiche, ancora rudimentali e puramente sperimentali, e le loro possibili applicazioni cliniche; eravamo l’unico gruppo in Sardegna; raggiungemmo ottimi risultati, ma i nostri professori non erano interessati e quindi dopo sette anni si chiusero le ricerche a Sassari. Ovviamente nel mondo si andò avanti, ed oggi si riescono a leggere i pensieri, nel vero senso delle parole.

Alcune pubblicazioni su riviste scientifiche internazionali che ricordano un intenso periodo di tanto lavoro e incredibile entusiasmo

Attualmente si riesce a creare un collegamento tra il cervello e dispositivi elettronici e computer (BCI) in grado di superare l’interruzione causata, per esempio, da un ictus. L’ischemia ictale è causata da una zona cerebrale dove non giunge il sangue e quindi non funziona; alla lunga rimane una cicatrice che interrompe definitivamente il circuito colpito, e rimane come esito una disabilità. Per esempio, l’ictus ha reso plegico un braccio, e quindi, pur volendo non riusciamo a muovere il braccio; abbiamo l’idea, il desiderio, di muovere il braccio, ma il nostro organo esecutore, il muscolo, non risponde perché la linea, il nervo, è disturbato.

Tramite l’interfaccia possiamo mettere in collegamento il cervello con il braccio: la nostra idea di voler muovere il braccio adesso viene elaborata dal computer che aziona il muscolo; in questo modo saremo nuovamente in grado di muovere il braccio attivamente, volontariamente.

E la riabilitazione?

Sinora abbiamo solo ripristinato il collegamento tra centro e periferia. La riabilitazione avviene quando aggiungiamo un segnale di ritorno che ci informa se il nostro intento è andato a buon fine. Per esempio, vogliamo muovere il braccio, ma verosimilmente sbagliamo perché è difficile selezionare il movimento corretto tra migliaia di possibilità (selezione che normalmente viene effettuata dai nuclei della base). Allora un segnale di ritorno ci informa sull’esito della nostra azione e ci dà la possibilità di correggere ‘il tiro’.

Questo segnale di ritorno il chiama feedback, che applicato in medicina viene definito anche biofeedback, e nel nostro caso specifico, neurofeedback.

 

(prosegue con COLONNA DEL PARKINSON: INTERFACCIA CERVELLO – COMPUTER (2))

 

Fonti bibliografiche:

Behboodi A, Lee WA, Hinchberger VS, Damiano DL. Determining optimal mobile neurofeedback methods for motor neurorehabilitatione in children and adults with non-progressive neurological disorders: a scoping review. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation, 2022; 19:104-127.

Chamola V, Vineet A, Nayyar A, Hossain E. Brain-Computer Interface-Based Humanoid Comtrol: a review. Sensors 2020, 20: 3620-3643.

Kashif M, Ahmad A, Mohseni Bandpei MA, Farooq M, Iram H, Fatima R. Systematic review of the application of virtual reality to improve balance, gait and motor function in patients with Parkinson’s disease. Medicine 2022, 101: 31-42.

Simon C, Bolton DAE, Kennedy NC, Soekadar SR, Ruddy KL. Challenges and Opportunities for the Future of Brain-Computer Interface in Neurorehabilitation. Frontiers in Neuroscience, 2021;15:

Wen D, Fan Y, Hsu SH, Xu J, Zhou Y, Tao J, Lan X, Li F. Combining brain-computer interface and virtual reality for rehabilitation in neurological diseases: a narrative review. Annals of Physical and Rehabilitation Medicine, 2020; 64: 101404.

COLONNA DEL PARKINSON: INTERFACCIA CERVELLO – COMPUTER (2) di Kai S. Paulus

tempio greco

(seguito di COLONNA DEL PARKINSON: INTERFACCIA CERVELLO – COMPUTER)

Il neurofeedback è una tecnica che non solo viene utilizzata in caso di traumi e danni cerebrali, ma può essere applicata anche per promuovere la salute psicologica e le performance cognitive, e come trattamento riabilitativo per diverse condizioni patologiche, quali i disturbi attentivi (ADHD), di apprendimento e di comportamento, disturbi d’ansia e d’umore, e disturbi del sonno.

Ed adesso arriva la parte più affascinante:

Il collegamento cervello – elettronica non è solo un’opportunità passiva che ci permette unicamente di superare un ostacolo, di compensare una disabilità; al contrario, l’interfaccia BCI ci dà la possibilità, grazie al neurofeedback, di allenare il nostro sistema nervoso, di stimolare la neuroplasticità, cioè meccanismi intrinseci del cervello capaci di rigenerare e riparare il tessuto nervoso danneggiato, che infine aiutano a recuperare le funzioni perdute.

Incredibile, vero?

Ora aggiungiamo alla rete cervello-computer la realtà virtuale, VR, per allenare e riabilitare la persona affetta da Parkinson con difficoltà di equilibrio e blocchi motori. La riabilitazione con la VR ci dà la possibilità di creare scenari ogni volta diversi, di personalizzarli e di adattarli alle esigenze della singola persona; in questo modo si possono esercitare singoli movimenti così come anche movimenti complessi dei cambi e passaggi posturali. Il neurofeedback consente alla persona di correggersi in ogni momento e di migliorarsi in maniera sostanziale.

Troppo noioso?

Allora aggiungeremo ancora il divertimento con i videogiochi, che in riabilitazione si chiamano Exergames, di cui abbiamo già parlato (vedi CONGELATI A TRADIMENTO: QUALCOSA SI MUOVE), e che combinano esercizio al divertimento con il vantaggio che la riabilitazione viene eseguita con maggiore interesse e coinvolgimento. Come sappiamo, il divertimento aumenta la dopamina e stimola la neuroplasticità (vedi Il Divertimento come fonte di Dopamina parte IV) il che rafforza il miglioramento globale, fisico, psichico, ed ovviamente anche della qualità di vita.

Ma non finisce qui:

Tutto quello che abbiamo raccontato è già realtà, ma apre anche a scenari prossimi futuri sinora inimmaginabili. BCI, feedback, e VR, vengono utilizzati soprattutto a fini riabilitativi, ma qualcuno porta la ricerca avanti al fine di potenziare le capacità del cervello, di creare persone dotate di capacità sempre maggiori. Qui si sconfina nel transumanesimo, una corrente filosofica che promuovere il potenziamento per ottenere essere umani migliori. Recentemente nei media si è parlato della possibilità, fattibile già nel 2023, di impianti di microchip nel cervello per potenziare diverse funzioni. Al lettore attento viene forse in mente il “laccio neurale” dello scrittore di fantascienza Ian M. Banks, ma sembra che anche altre fonti fantascientifiche verranno presto realizzati; e ne parla anche il nostro Marco Balbina, presidente della Associazione Parkinson Alghero, e stimato scrittore e poeta, nel suo romanzo “Faccia di cera” (Edizioni Italiane, 2020).

 

Pericoloso?

La scienza va avanti: dai semplicistici lavori sui potenziali evento correlati di giovani studenti di 25 anni fa si è arrivati al collegamento cervello-computer con tanto di neurofeedback correttivo con numerose applicazioni in medicina e psicologia; e dalla stimolazione cerebrale profonda, DBS, trattamento invasivo per il Parkinson, che si avvale di una stimolazione monodirezionale che idealmente ripristina la frequenza con cui comunicano i neuroni dentro i nuclei della base (alterati dal Parkinson), si è arrivati alla stimolazione bidirezionale, cioè il feedback elettronico con cui la metodica neurochirurgica registra l’andamento della propria stimolazione per poterla continuamente correggere ed adattare.

Tante possibilità, tante opportunità, complici anche le nanotecnologie. Da lì a manipolare il cervello è un attimo. Come sempre siamo chiamati a scegliere il giusto utilizzo tra le tante opzioni che ci vengono proposte.

Tematica molto complessa ed importante che ho potuto solo accennare, la discussione è aperta. Ma i vantaggi riabilitativi per tante malattie ed esiti traumatici sono indiscutibili ed evidenti. E questo mi fa ben sperare.

 

Fonti bibliografiche:

Feitosa JA, Fernandez CA, Casseb RF, Castellano G. Effects of virtual reality-based motor rehabilitation: a systematic review of fMRI studies. J Neural Eng. 2022; 19(1): doi: 10.1088/1741-2552.

Kashif M, Ahmad A, Bandpei MAM, Gilani SA, Hanif A, Iram H. Combined effects of virtual reality techniques and motor imagery on balance, motor function and activities of daily living in patients with Parkinson’s disease: a randomized controlled trial. BMC Geriatrics 2022; 22(1): doi: 10.1186/s12877-022

Maranesi E, Casoni E, Baldoni R, Barboni I, et al. The effects of non-immersive virtual reality exergames versus traditional physiotherapy in Parkinson’s disease older patients: preliminary results from a randomized-controlled trial. Int J Environ Res Public Health, 2022; 19(22): 14818, doi: 10.3390.

Mangone M, Agostini F, de Sire A, Cacchio A, Chiaramonte A, Butterini G, Martano A, Paolini M, Bernetti A, Paolucci T. Effect of virtual reality rehabilitation on functional outcomes for return-to-work patients with Parkinson’s disease: an umbrella review of systematic reviews. Neurorehabilitation, 2022; 51(2): 201-211.

Sarasso E, Gardoni A, Tettamanti A, Agosta F, Filippi M, Corbetta D. Virtual reality balance training to improve balance and mobility in Parkinson’s disease: a systematic review and meta-analysis. Journal of Neurology 2022; 269(4): 1873-1888.

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