Una micro-sonda per controllare le regioni profonde del cervello / A micro-probe to control the deep brain regions

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Il risultato, pubblicato dalla rivista Nature Neuroscience, apre nuovi scenari per lo studio del cervello e per il trattamento di disordini neurologici.

I ricercatori dell’IIT-Istituto Italiano di Tecnologia di Lecce e dell’HMS-Harvard Medical School di Boston, Usa, hanno realizzato una microsonda ottica che permette di controllare l’attività elettrica del cervello, proiettando luce in modo uniforme su grandi volumi cerebrali ma anche illuminandone zone distinte, in modo controllato. Il lavoro è stato pubblicato sulla rivista Nature Neuroscience, tra le più rilevanti dedicate alle neuroscienze, e rappresenta un primo passo verso la realizzazione di dispositivi poco invasivi per la diagnosi e terapia di disordini neurologici e psichiatrici e di patologie neurodegenerative, poiché permette l’esplorazione delle aree più profonde del cervello.

Lo studio è stato coordinato dai ricercatori dell'IIT di Lecce, Ferruccio 

Pisanello e Massimo De Vittorio, in collaborazione con il laboratorio di Bernardo Sabatini dell’Harvard Medical School di Boston. Ferruccio Pisanello è responsabile del laboratorio di Multifunctional Neural Interfaces di IIT e titolare di un finanziamento da parte dell’European Research Council (ERC); Massimo De Vittorio è coordinatore del Centro di IIT a Lecce e impegnato, insieme a Bernardo Sabatini, in un progetto finanziato dal National Institute of Health (NIH) statunitense.

La tecnologia realizzata si inquadra nell’ambito dell’optogenetica, che sfrutta la possibilità di attivare o inibire l’attività dei neuroni attraverso la luce. Uno dei maggiori limiti delle tecniche optogenetiche sta nella difficoltà di distribuire in modo controllato la luce nel tessuto cerebrale, opaco e non adatto alla propagazione della luce. Gli scienziati italiani hanno cercato di superare di tale limite. La microsonda, costruita all’IIT di Lecce e validata all’HMS di Boston, è costituita da una fibra ottica a forma di cono, la cui punta ha le dimensioni di circa 500 nanometri, cioè 20 volte più piccola di una cellula neuronale. La sua struttura è stata progettata in modo da ottenere una guida ottica in grado di adattare il fascio di luce alla regione cerebrale di interesse, senza spostare il dispositivo. La grande flessibilità della microsonda permette di illuminare zone di interesse del cervello con ampiezze diverse, su regioni alternate, in direzioni prestabilite e con tempi e frequenze di illuminazione variabili. Il suo utilizzo consente di analizzare lo scambio di informazioni tra le diverse cellule nervose interconnesse in una rete.

Grazie alla nuova microsonda ottica, i ricercatori sono in grado di esplorare il cervello in aree subcorticali in modo non invasivo, così da mettere in evidenza il legame tra l’attività elettro-chimica di alcune regioni neuronali e il controllo del comportamento in modelli animali. La sonda, infatti, permette di intervenire in modo selettivo e controllato su specifici gruppi di neuroni, attivando con la luce uno o più microcircuiti contemporaneamente.

I risultati si inquadrano nell’ambito della attività del progetto MODEM, coordinato da Ferruccio Pisanello e finanziato dall’European Research Council (ERC) con uno Starting grant a partire dal 2016. L’obiettivo della ricerca è lo sviluppo di uno strumento molto preciso e a bassa invasività con cui sia possibile intervenire sul cervello, sia per monitorarne l’attività che per ristabilirne il corretto funzionamento. In futuro la microsonda potrà essere la base per una nuova generazione di dispositivi terapeutici e protesici per il controllo di disordini neurologici e di patologie neurodegenerative.

ENGLISH

The result, published by the journal Nature Neuroscience, opens new scenarios for brain research and the treatment of neurological disorders.

Researchers at the Istituto Italiano di Tecnologia di Lecce and the HMS-Harvard Medical School in Boston, USA, have developed an optical microscope that allows to control the electrical activity of the brain by projecting light evenly over large brain volumes But also illuminating distinct areas, in a controlled manner. The work was published in the journal Nature Neuroscience, one of the most important neuroscience journals, and represents a first step towards the implementation of low invasive devices for the diagnosis and therapy of neurological and psychiatric disorders and neurodegenerative diseases since it allows exploration Of the deeper areas of the brain.

The study was coordinated by IIT researchers in Lecce, Ferruccio

Pisanello and Massimo De Vittorio, in collaboration with Bernardo Sabatini's laboratory at Harvard Medical School in Boston. Ferruccio Pisanello is responsible for the IIT Multifunctional Neural Interfaces Lab and the holder of funding from the European Research Council (ERC); Massimo De Vittorio is Coordinator of the IIT Center in Lecce and is involved, together with Bernardo Sabatini, in a project funded by the US National Institute of Health (NIH).

The technology is part of optogenetics, which takes advantage of the ability to activate or inhibit the activity of neurons through light. One of the biggest limitations of optogenetic techniques lies in the difficulty of distributing the light lightly in the brain, opaque and not suitable for the propagation of light. Italian scientists have tried to overcome this limit. The microsound, built at IIT in Lecce and validated at Boston's HMS, is made up of a cone-shaped fiber whose tip is about 500 nanometers, or 20 times smaller than a neuronal cell. Its structure has been designed to provide an optical guide that can adapt the light beam to the brain region of interest without moving the device. The great flexibility of the microsonde allows to illuminate areas of brain interest with different amplitudes, on alternate regions, in predetermined directions and with varying lighting times and frequencies. Its use allows to analyze the exchange of information between different nerve cells interconnected in a network.

With the new optical microsphere, researchers are able to explore the brain in subcortical areas in a non-invasive way to highlight the link between the electrochemical activity of some neuronal regions and the control of behavior in animal models. The probe, in fact, allows to selectively and controlled on specific groups of neurons by activating one or more microcircuits simultaneously.

The results are part of the MODEM project, coordinated by Ferruccio Pisanello and funded by the European Research Council (ERC) with an Starting Grant starting from 2016. The aim of the research is to develop a very precise instrument and Low invasiveness with which it is possible to intervene on the brain, to monitor its activity and to restore its proper functioning. In the future, the microsonde will be the basis for a new generation of therapeutic and prosthetic devices for the control of neurological disorders and neurodegenerative diseases.

Da:

https://www.galileonet.it/2017/06/micro-sonda-cervello/?utm_campaign=Newsatme&utm_content=Una%2Bmicro-sonda%2Bper%2Bcontrollare%2Ble%2Bregioni%2Bprofonde%2Bdel%2Bcervello&utm_medium=news%40me&utm_source=mail%2Balert