Ilmoniemi immagina un futuro in cui la TMS sia dispiegata in tutto il mondo – forse anche nelle case delle persone – e in cui algoritmi intelligenti aiutino scienziati e medici a identificare nuove sequenze benefiche per stimolare il cervello, aprendo strade di cura non ancora identificate.
‘Questo è il sogno. Questo è ciò che speriamo”, dice.
Dal laboratorio alla clinica
TMS ha fatto molta strada dai suoi primi test sperimentali negli anni ’80. Quando i ricercatori nel Regno Unito hanno iniziato ad applicare bobine magnetiche al cervello delle persone, stavano essenzialmente indovinando dove posizionarle: per esempio, sperando di stimolare i motoneuroni da qualche parte sotto il cranio.
Verso la fine del 21° secolo, la tecnologia TMS più avanzata iniziò ad essere utilizzata in combinazione con le scansioni MRI, consentendo agli impulsi di essere mirati in modo molto più preciso.
Da allora, centinaia di studi hanno esplorato l’efficacia della TMS per una varietà di condizioni. Alcuni degli studi più promettenti sono stati condotti su pazienti con depressione grave, dolore neurologico, sclerosi multipla, fibromialgia, morbo di Parkinson o ictus.
Cervello – impressione artistica. Immagine gratuita tramite Pixabay.
Ci sono anche prove per il potenziale trattamento di condizioni come la schizofrenia, il disturbo ossessivo compulsivo, la dipendenza e il disturbo da stress post-traumatico. Ogni anno emergono nuove possibilità. Ad esempio, se i ricercatori riescono a elaborare le regioni e le sequenze corrette da colpire, la TMS potrebbe eventualmente aiutare a rallentare l’insorgenza della perdita di memoria nei pazienti con malattia di Alzheimer.
Sebbene l’utilizzo di TMS vari da un paese all’altro a causa delle diverse norme legali e normative, ora è più accessibile ai pazienti che mai e l’ambito del trattamento come alternativa ai farmaci o complemento ad altre terapie è in crescita.
Selja Vaaltouno specialista in neurofisiologia clinica presso l’ospedale universitario di Helsinki, utilizza la TMS per trattare le persone che soffrono di dolore neuropatico, come i pazienti che hanno subito danni cerebrali dopo un ictus, o casi più insoliti come la sindrome dell’arto fantasma, in cui le persone riferiscono di provare dolore a un braccio e la gamba dopo che è stata amputata.
“Questi sono pazienti in cui nient’altro li ha aiutati”, spiega Vaalto.
Per il dolore neuropatico, il sollievo farmacologico spesso non funziona. Nei questionari, molte di queste persone riportano il loro dolore come un 10 su una scala da 1 a 10, dice, quindi l’intervento con TMS può essere trasformativo nel ridurre il loro disagio, sostenere il sonno e alleviare quella che a volte può essere un’agonia senza tregua.
Come spiega Vaalto, un paziente inizia il processo di trattamento TMS visitando la clinica una volta al giorno per due settimane. I medici posizionano una bacchetta sulla superficie del loro cranio – sviluppata dalla società spin-off Nexstim fondata da Ilmoniemi – per 15 minuti.
Ogni secondo vengono emessi 10 impulsi, che colpiscono le regioni del cervello ritenute correlate al dolore. Nella prima settimana, l’obiettivo è nella corteccia motoria; se ciò non allevia il dolore, l’attenzione si sposta sulla corteccia somatosensoriale secondaria.
Altrove in ospedale, un altro team utilizza la TMS per alleviare la depressione, un’altra condizione in cui può essere utile offrire ai pazienti un’alternativa ai farmaci. E Vaalto aiuta anche i chirurghi a prepararsi per operazioni su tumori cerebrali o interventi per l’epilessia identificando le aree che devono proteggere durante l’operazione.
“Possiamo creare una mappa per i neurochirurghi e mostrare loro le aree importanti”, afferma. Ad esempio, le bobine TMS possono essere utilizzate per provocare contrazioni indicative di mani, viso o gambe nella corteccia motoria o per identificare le regioni più importanti per la parola impedendo temporaneamente alle persone di parlare chiaramente.
Tuttavia, Vaalto sa bene che questi dispositivi commerciali sono fondamentali rispetto ai prototipi in laboratorio. Come membro del team ConnectToBrain, lavora fuori dall’ospedale un giorno alla settimana, aiutando nella progettazione della prossima generazione di questa tecnologia.
Frontiere multi-bobina
La maggior parte dei dispositivi TMS commerciali attuali ha solo una bobina all’interno della bacchetta. “Con i dispositivi commerciali, non puoi adattarti ai cambiamenti nel cervello”, spiega Vittorio Sousa del team ConnectToBrain. “Se vuoi, diciamo, “giocare insieme” con le onde cerebrali, non puoi, perché devi spostare – a mano – lo stimolatore in una posizione diversa.”
Souza, Vaalto, Ilmoniemi ei loro colleghi stanno lavorando per cambiare questa situazione. La loro idea? Incorpora più bobine di forme diverse all’interno dello stesso dispositivo: figure di otto, loop e cerchi, che consentono un controllo molto più complesso e flessibile.
Hanno iniziato nel 2017 con un semplice dispositivo che aveva due bobine sovrapposte l’una sull’altra.
Ma più recentemente le loro bobine sono diventate più complesse, con l’ultimo dispositivo che ospita cinque diverse forme.
Il prossimo passo è costruire un dispositivo che si estende su tutta la superficie del cranio. ‘Vogliamo espanderlo a tutto il cervello. Molte funzioni cerebrali derivano dalla comunicazione di diverse aree: la parte frontale fa qualcosa, la parte posteriore del cervello fa un’altra cosa e così via. Quindi vogliamo essere in grado di raggiungerli tutti velocemente’, dice Souza.
L’aggiunta di controllo robotico e algoritmi di apprendimento automatico al mix crea ancora più possibilità. Con tutte queste tecnologie combinate, i ricercatori potrebbero identificare modi completamente nuovi per stimolare il cervello.
Visioni future
Man mano che la tecnologia multi-bobina del team ConnectToBrain si sviluppa, sostenuta dall’intelligenza artificiale, Ilmoniemi anticipa nuove strade per la stimolazione cerebrale e le cure mediche.
Ad oggi, ci sono stati migliaia di studi TMS condotti in tutto il mondo, ma quasi tutti hanno utilizzato bobine singole puntate su singole regioni del cervello da un operatore umano. Ilmoniemi ritiene che nuovi schemi e sequenze potrebbero essere scoperti stimolando il cervello in più punti e utilizzando algoritmi in grado di apprendere.
‘Si può pensare al cervello in molti modi. Un modo è quello di un sistema dinamico con parti interagenti’, spiega. “Certo, ci sono neuroni, ma ci sono anche nodi: raccolte di neuroni in diverse parti del cervello che hanno funzioni diverse, che producono una rete.‘
La depressione, ad esempio, non emerge da una singola posizione nel cervello, ma piuttosto attraverso l’interazione di molti nodi: una rete. Pertanto, trattare il cervello in modo più efficace con la TMS può richiedere schemi di stimolazione più complessi che abbracciano diverse regioni del cervello.
Un’altra strada promettente che il team di ConnectToBrain sta esplorando per il futuro trattamento della TMS è la risposta allo stato generale del cervello.
Questo potrebbe iniziare semplicemente. “Ora sappiamo che i neuroni nel cervello funzionano in modo oscillatorio”, afferma Vaalto. Se gli impulsi TMS potessero essere mirati a determinate fasi delle oscillazioni, in modo reattivo e in tempo reale, potrebbe rendere il trattamento ancora più efficace. “Penso che sia qualcosa che può essere portato in clinica nel prossimo futuro”, dice.
Ma in linea di principio, la risposta allo stato cerebrale potrebbe andare oltre. Le reti agiranno in modo diverso a seconda di ciò che stai facendo, riposando o svolgendo attività motorie o usando il linguaggio”, afferma Ilmoniemi.
Ciò solleva un’ipotesi: se le persone fossero incoraggiate a svolgere compiti diversi durante le sessioni di TMS – ad esempio guardare un video o pronunciare parole ad alta voce – cambierebbe l’efficacia del trattamento? Gli scienziati non lo sanno ancora per certo, ma è eccitante da contemplare.
Ilmoniemi lo paragona al suonare il jazz. Si tratta di lavorare con l’orchestra del cervello: un buon musicista non suona sopra gli altri strumenti senza ascoltare; cercano di esibirsi in armonia. Pertanto, quando stimolano il cervello, gli algoritmi devono basare il loro targeting e la loro tempistica sui suoi ritmi e sul suo stato.
La bellezza nella scienza
Nel corso della sua carriera, Ilmoniemi è rimasto affascinato dalle possibilità di trovare la bellezza nella scoperta scientifica. Di solito, la bellezza nella scienza è riservata alla matematica elegante o alla fisica maestosa, ma il professore la vede anche nel cervello e nella tecnologia TMS.
‘Sono davvero motivato a cercare di capire il mondo principalmente dal punto di vista della fisica: come funziona il cervello, come è collegato a ciò che sperimentiamo, l’esperienza della bellezza, questo mistero della coscienza. Questo mi sta motivando. Ed è fantastico lavorare in un ambiente in cui anche altre persone sono interessate a cose simili’, dice.
Dopotutto, Ilmoniemi e il suo team stanno cercando di migliorare il funzionamento di uno degli oggetti più complessi conosciuti nell’universo. Anche se il loro sforzo può essere tecnologico e neurologico, c’è innegabilmente dell’arte.
Non comprendiamo ancora del tutto il cervello, e certamente non come media la complessità dell’esperienza umana, ma le risposte arriveranno da dentro di esso, da dentro quella massa di materia grigia e bianca. Come sottolinea Ilmoniemi, c’è della bellezza in quei pensieri.
Fonte: Università Aalto
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
