Con stimolatori cerebrali intelligenti è possibile il controllo del Parkinson

Roma – Un approccio, chiamato stimolazione cerebrale profonda adattiva o aDBS, che utilizza metodi derivati dall’IA per monitorare l’attività cerebrale di un paziente, apre la strada verso lo sviluppo di un’assistenza personalizzata per le persone con malattia di Parkinson. Il tutto grazie ad un dispositivo impiantato che può trattare i problemi di movimento durante il giorno e l’insonnia di notte. A proporre il promettente approccio, descritto in due nuovi studi pubblicati su Nature Medicine, sono stati i ricercatori della UC San Francisco. La terapia integra i farmaci che i pazienti affetti da Parkinson prendono per gestire i loro sintomi, dando meno stimolazione quando il farmaco è attivo, per evitare i movimenti in eccesso, e più stimolazione come il farmaco svanisce, per prevenire rigidità. Per la prima volta è stata dimostrata l’efficacia di una tecnologia di impianto cerebrale detta “a circuito chiuso” nei pazienti affetti da Parkinson, nel loro quotidiano. Il dispositivo raccoglie i segnali del cervello per creare un meccanismo di feedback continuo che può ridurre i sintomi man mano che si manifestano. Gli utenti possono uscire dalla modalità adattiva o disattivare completamente il trattamento con un dispositivo portatile. Per il primo studio, i ricercatori hanno condotto una sperimentazione clinica con quattro persone per testare l’approccio durante il giorno, confrontandolo con una precedente tecnologia DBS per impianti cerebrali conosciuta come costante o cDBS. Per garantire che il trattamento fornisca il massimo sollievo a ciascun partecipante, i ricercatori hanno chiesto loro di identificare il sintomo più fastidioso. La nuova tecnologia ha ridotto i sintomi del 50%. “Questo è il futuro della stimolazione cerebrale profonda per la malattia di Parkinson,” ha detto Philip Starr, Dolores Cakebread Professor di Chirurgia Neurologica, co-direttore del UCSF Motion Disorders e Neuromodulation Clinic e uno degli autori senior dello studio. Starr sta preparando la base per questa tecnologia da più di un decennio. Nel 2013, ha sviluppato un modo per rilevare e registrare i ritmi anomali del cervello associati al morbo di Parkinson. Nel 2021, il suo gruppo di ricerca ha identificato modelli specifici nei ritmi cerebrali che corrispondono ai sintomi motori. “C’è stato un grande interesse nel migliorare la terapia DBS rendendola adattabile e autoregolante, ma è solo di recente che sono stati disponibili gli strumenti e i metodi giusti per consentire alle persone di utilizzare questo a lungo termine nelle loro case,” ha affermato Starr, che è stato reclutato da UCSF nel 1998 per iniziare il suo programma DBS. All’inizio di quest’anno, i ricercatori UCSF guidati da Simon Little, primo autore dello studio, hanno dimostrato che la DBS adattabile ha il potenziale per alleviare l’insonnia che affligge molti pazienti con Parkinson. “Il grande cambiamento che abbiamo fatto con la DBS adattativa è che ora siamo in grado di rilevare, in tempo reale, dove un paziente si trova sullo spettro dei sintomi e abbinarlo con l’esatta quantità di stimolazione di cui ha bisogno,” ha sottolineato Little, professore associato di neurologia e autore senior di entrambi gli studi che, assieme a Starr, è membro del l’UCSF Weill Institute for Neurosciences. La malattia di Parkinson colpisce circa dieci milioni di persone in tutto il mondo. Questa deriva dalla perdita di neuroni produttori di dopamina in regioni profonde del cervello che sono responsabili per il controllo del movimento. La mancanza di queste cellule può anche causare sintomi non motori, che influenzano l’umore, la motivazione e il sonno. Il trattamento di solito inizia con la levodopa, un farmaco che sostituisce la dopamina. Tuttavia, l’eccesso di dopamina nel cervello può causare movimenti incontrollati, chiamati discinesia. Come l’effetto del farmaco svanisce, tremore e rigidità tornano di nuovo. Alcuni pazienti scelgono di avere un dispositivo standard di CBIS impiantato, che fornisce un livello costante di stimolazione elettrica. La DBS costante può ridurre la quantità di farmaco necessaria e ridurre parzialmente le oscillazioni nei sintomi. Ma, il dispositivo può anche compensare in modo eccessivo o insufficiente, causando sintomi che si spostano da un estremo al l’altro durante la giornata. Per sviluppare un sistema DBS che potesse adattarsi ai livelli di dopamina in evoluzione in una persona, Starr e Little dovevano rendere il DBS capace di riconoscere i segnali cerebrali che accompagnano diversi sintomi. Ricerche precedenti avevano identificato modelli di attività cerebrale correlati a quei sintomi nel nucleo subtalamico, o STN, la regione profonda del cervello che coordina il movimento. Questa è la stessa area che il cDBS stimola, e Starr sospettava che ciò avrebbe potuto compromettere l’efficacia della stimolazione. Così, ha cercato i segnali alternativi in una regione diversa del cervello, chiamata corteccia motoria. La sfida successiva è stata quella di capire come sviluppare un sistema che potesse utilizzare questi segnali dinamici per controllare i DBS in un ambiente esterno al laboratorio. Basandosi sui risultati di studi sulla DBS adattativa, che aveva condotto un decennio prima all’Università di Oxford, Little ha lavorato con Starr e la squadra di scienziati per sviluppare un approccio in grado di rilevare questi segnali altamente variabili attraverso diversi livelli di farmaci e stimolazione. Nel corso di molti mesi, le ricercatrici post-dottorato, Carina Oehrn, Stephanie Cernera, e Lauren Hammer, hanno creato una serie di dati che potrebbe trasformare tutto questo in algoritmi personalizzati per registrare, analizzare e rispondere all’attività cerebrale unica associata allo stato dei sintomi di ogni paziente. “Questo DBS personalizzato e adattativo incarna la missione principale dell’iniziativa BRAIN per rivoluzionare la nostra comprensione del cervello umano”, ha dichiarato John Ngai, che dirige l’iniziativa Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies, The BRAIN Initiative, presso i National Institutes of Health. La DBS continua è mirata a mitigare i sintomi del movimento diurno e di solito non allevia l’insonnia ma, negli ultimi dieci anni, si è sempre più riconosciuto l’impatto che l’insonnia, i disturbi dell’umore e i problemi di memoria hanno sui pazienti affetti da Parkinson. Per colmare questa lacuna, Little ha condotto uno studio separato che comprendeva quattro pazienti affetti da Parkinson e un paziente con distonia, un disturbo del movimento correlato alla malattia. Nello studio, pubblicato su Nature Communications, il primo autore Fahim Anjum, uno studioso post-dottorato presso il Dipartimento di Neurologia del UCSF, ha dimostrato che il dispositivo potrebbe riconoscere l’attività cerebrale associata a vari stati di sonno, dimostrando che potrebbe anche riconoscere altri modelli che indicano se è probabile che una persona si svegli nel bel mezzo della notte. I gruppi di ricerca di Little e Starr, compreso il loro studente laureato Clay Smyth, hanno iniziato a testare nuovi algoritmi per aiutare le persone a dormire. Il loro primo studio sul sonno aDBS è stato pubblicato l’anno scorso in Brain Stimulation.  Gli scienziati stanno attualmente sviluppando trattamenti DBS a circuito chiuso analoghi per una serie di disturbi neurologici. “Vediamo che ha un profondo impatto sui pazienti, con potenzialità non solo per il Parkinson ma probabilmente anche per le condizioni psichiatriche come la depressione e il disturbo ossessivo-compulsivo”, ha aggiunto Starr. “Siamo all’inizio di una nuova era di terapie neurostimolanti”, ha concluso Starr. (30Science.com)