Il dispositivo indossabile all'orecchio garantisce un atteggiamento positivo / Ear-worn device ensures a bright disposition

 Il dispositivo indossabile all'orecchio garantisce un atteggiamento positivo / Ear-worn device ensures a bright disposition

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

Un'idea brillante: la proteina OPN3, presente nella retina, è stata identificata anche in alcune aree del cervello. / Bright thinking: Protein OPN3, found in the retina, has also been identified in areas of the brain

Un'azienda finlandese ha sviluppato un metodo innovativo per combattere il disturbo affettivo stagionale, che consiste nel proiettare luce nelle orecchie.

La Finlandia settentrionale a gennaio non è un luogo soleggiato. Gli abitanti di Oulu, una piccola città portuale a circa 560 chilometri a nord di Helsinki, aspettano con impazienza la neve invernale perché illumina il paesaggio. E, non a caso, molti di loro trascorrono gran parte dell'inverno immersi nella tristezza.

Il disturbo affettivo stagionale (SAD) è, ovviamente, una condizione riconosciuta. Si stima che ben il 25% delle persone che vivono a latitudini non tropicali soffra di umore basso in caso di scarsità di luce naturale; è interessante notare che la condizione è altrettanto diffusa alla latitudine di Roma quanto nelle regioni più settentrionali.

La soluzione tecnologica per il disturbo affettivo stagionale (SAD) è la terapia con luce intensa, semplice come sembra: chi ne soffre punta una lampada progettata per imitare le caratteristiche della luce solare sul viso per un periodo massimo di due ore al giorno. Tuttavia, un'azienda con sede a Oulu ha ideato un'alternativa decisamente controintuitiva. Invece di puntare la luce negli occhi, l'azienda, chiamata Valkee, ha progettato un dispositivo che illumina le orecchie.

Ora in vendita nel Regno Unito, il dispositivo Valkee ha effettivamente una solida base scientifica, insiste il co-fondatore e responsabile scientifico dell'azienda, Juuso Nissilä. "La mia ricerca come fisiologo presso l'Università di Oulu ha dimostrato che il cervello stesso è sensibile alla luce naturale", ha affermato, "ed il canale uditivo è in realtà un modo molto efficiente per convogliare la luce direttamente sulla superficie del cervello".

La storia di Valkee è iniziata nel 2005, ha raccontato Nissilä, quando un suo amico d'infanzia, l'ex ingegnere Nokia Antti Auino, gli chiese se avesse qualche idea su come alleviare il disturbo affettivo stagionale (SAD).

Nissilä, fisiologo di professione, aveva studiato i ritmi circadiani degli animali polari e la loro risposta alla luce, ed era stato coinvolto in una ricerca che aveva identificato proteine ​​fotosensibili sulla superficie del cervello degli animali.

"Non ci sono prove che puntare la luce negli occhi abbia alcun effetto sull'umore. Tuttavia, sono coinvolte le proteine ​​della superficie cerebrale."

Juuso Nissilä, Università UOulu

Mentre Auino si dedicava alla progettazione di prototipi di dispositivi che potessero sfruttare questa peculiarità fisiologica, Nissilä avviò un'indagine scientifica. I codici genetici di una particolare proteina chiamata OPN3, appartenente alla stessa famiglia di proteine ​​presenti nella retina, erano stati precedentemente identificati nel cervello di ratti ed umani. Tuttavia, la proteina stessa e la sua localizzazione nel cervello non erano mai state studiate. Collaborando con il dipartimento di biologia e l'Istituto di Diagnostica dell'Università di Oulu, Nissilä utilizzò tecniche di colorazione tissutale per identificare la proteina in 18 diverse regioni del cervello umano.

«Le proteine ​​di nove opsine sono codificate nell'RNA umano, e quattro di queste si trovano nell'occhio: una reagisce al buio ed alla luce, mentre le altre tre reagiscono ai colori», ha spiegato Nissilä. «Questi test di colorazione hanno effettivamente identificato quattro delle altre cinque opsine nel tessuto nervoso del cervello».

Non è chiaro quale sia la funzione di queste proteine ​​nel cervello, ma sembrano essere associate alle vie di segnalazione nervosa, poiché sono particolarmente abbondanti nelle aree coinvolte nella produzione e nell'immagazzinamento dei neurotrasmettitori serotonina, melatonina e dopamina, tutti implicati anche nella regolazione dell'umore, del sonno e nella depressione.

Nissilä ritiene infatti che siano queste proteine, e non gli occhi, le responsabili delle fluttuazioni dell'umore associate alla luce del giorno. "Non ci sono prove che illuminare gli occhi abbia alcun effetto sull'umore", ha affermato, "mentre ora abbiamo la prova che queste proteine ​​della superficie cerebrale sono coinvolte. L'osso è in realtà un ottimo trasmettitore di luce: basta puntare una torcia all'interno di un cranio per vedere il fascio luminoso molto chiaramente. Quindi ora penso che il fattore determinante sia la luce che raggiunge la superficie del cervello attraverso il cranio".

Ciò significa che irradiare luce attraverso le orecchie è un metodo di terapia con luce intensa di gran lunga migliore rispetto a fissare una lampada, ha affermato. "Ci sono due buoni motivi per usare le orecchie", ha spiegato. "Il primo è che il cranio è sottile intorno al canale uditivo ed una buona parte della luce riesce a passare. Il secondo è che in quel punto ci sono relativamente pochi vasi sanguigni sulla superficie del cervello."

Il sangue, ha spiegato Nissilä, è un potente assorbitore di luce ed il cervello è ricoperto da una fitta rete di vasi sanguigni. Lo spazio vuoto intorno al canale uditivo permette alla luce del dispositivo Valkee di raggiungere la superficie; inoltre, la regione del cervello in quella zona è responsabile dell'elaborazione della serotonina. "Questo è uno dei motivi per cui riteniamo di ottenere una risposta così forte", ha affermato.

Il dispositivo Valkee assomiglia a un piccolo lettore MP3: un'unità di controllo minimalista, bianca e dalle forme sinuose, con due auricolari, ciascuno dotato di un LED bianco, alloggiato all'interno di un auricolare in gomma. "Il LED produce lunghezze d'onda simili a quelle della luce solare, sebbene le lunghezze d'onda più blu abbiano l'effetto più forte", ha spiegato Nissila. "Il resto del dispositivo garantisce che l'intensità della luce rimanga costante durante tutto il trattamento."

"Indirizzare la luce nel cervello attraverso le orecchie è un metodo di terapia con luce intensa di gran lunga migliore rispetto a fissare una lampada."

I test del dispositivo hanno incluso la risonanza magnetica funzionale (fMRI), per vedere quali aree del cervello si attivano quando viene emessa la luce, dimostrando che vengono attivate le regioni coinvolte nella consapevolezza visiva, piuttosto che nella percezione. A differenza di altre terapie con luce intensa, l'unità Valkee è stata testata in uno studio controllato con placebo. "Quando lo si indossa, non ci si accorge se è acceso o spento, quindi, finché viene somministrato in una clinica, è possibile avere un effetto placebo", ha spiegato Nissilä.

Lo studio, condotto su 26 pazienti sottoposti a trattamento e un gruppo di controllo di 23, ha dimostrato che la depressione – misurata tramite un questionario progettato per studi psicologici – diminuiva con l'utilizzo del dispositivo per 12 minuti al giorno. "È un risultato altrettanto valido, se non migliore, rispetto al trattamento convenzionale per il disturbo affettivo stagionale, ma molto più rapido", ha affermato Nissilä. "E potrebbe essere più efficace dei farmaci per alcuni disturbi".

Valkee sta attualmente conducendo sperimentazioni del dispositivo per disturbi che coinvolgono la risposta del cervello agli ormoni, come il jet lag, l'emicrania e le prestazioni cognitive, e sono previste ulteriori sperimentazioni per disturbi della segnalazione neurale, come l'ansia. Tuttavia, i risultati di vendita finora sono promettenti: nel suo primo anno, il dispositivo ha conquistato un terzo del mercato finlandese dei dispositivi per la terapia con luce intensa, nonostante un prezzo al dettaglio di circa 100 euro.

Quindi Nissilä lo usa personalmente? "In effetti sì", ha dichiarato a The Engineer , "anche se se lo uso dopo le 8 del mattino mi rende un po' iperattivo. Però lo uso per circa cinque minuti prima di uscire dal lavoro, perché mi dà più energia per giocare con mia figlia."

Approfondimento

Come la recessione ha trasformato Oulu in un centro di innovazione tecnologica

Oulu è la città più grande della Finlandia settentrionale. Inizialmente prosperò grazie all'esportazione di catrame, un prodotto ricco di creosoto derivante dal riscaldamento del legno di pino, utilizzato come materiale impermeabilizzante per le navi a vela. Più recentemente, è diventata il centro delle attività di ricerca e sviluppo di Nokia. Ma la recessione, quasi paradossalmente, l'ha trasformata in un polo di imprenditoria tecnologica.

Quando Nokia è stata costretta a licenziare il personale di ricerca, un gran numero di persone con competenze approfondite nell'alta tecnologia e nelle comunicazioni mobili si sono ritrovate senza lavoro. "La Finlandia, tradizionalmente, non ha mai avuto una cultura imprenditoriale", ha spiegato Janne Mustonen di Business Oulu. "Siamo stati costretti a cambiare dalle circostanze".

Aziende innovative come Valkee sono supportate da organizzazioni come la Fondazione per gli Inventori Finlandesi. "Una semplice idea rappresenta solo una parte dell'innovazione", ha affermato Nissilä. "Creare un'idea e darle vita è un lavoro arduo, che richiede il coraggio di affrontare i pregiudizi di un pubblico più ampio e i rischi e le sfide dell'imprenditorialità."

La fondazione valuta le idee imprenditoriali, offre consulenza sullo sviluppo tecnico, la commercializzazione e il marketing e aiuta a mettere in contatto gli imprenditori con gli inventori.

ENGLISH

A Finnish company’s novel method for tackling seasonal affective disorder works by shining light into the ears.

Northern Finland in January isn’t a sunny place. The residents of Oulu, a small port town some 350 miles north of Helsinki, look forward to the winter snows because they brighten the place up. And, not surprisingly, many of them spend much of the winter down in the dumps.

Seasonal-affective disorder (SAD) is, of course, a recognised condition. As many as 25 per cent of people living in non-tropical latitudes are believed to suffer from a low mood when there is a shortage of natural light - interestingly, the condition is as prevalent at the latitude of Rome as it is in more northerly regions.

The technology-based answer to SAD is bright light therapy, which is as simple as it sounds - the sufferer shines a lamp designed to mimic the characteristics of sunlight at his or her face for a period of up to two hours a day. However, a company based in Oulu has devised a strikingly counterintuitive alternative. Rather than shining a light at your eyes, the company, called Valkee, has designed a device that shines light into your ears.

Now on sale in the UK, the Valkee device actually has a sound scientific basis, insists the company’s co-founder and chief scientist Juuso Nissilä. ‘My research as a physiologist at [Oulu University] has shown that the brain itself is sensitive to natural light,’ he said, ‘and the ear canal is actually a very efficient way to channel light directly to the surface of the brain.’

The Valkee story began in 2005, Nissilä said, when a childhood friend of his - former Nokia engineer Antti Auino - asked if he had any ideas of how to relieve SAD.

Nissilä, a physiologist, had studied the circadian rhythms of polar animals and their responsiveness to light, and had been involved in research that identified light-sensitive proteins on the surface of animal brains.

“There’s no evidence that shining light in the eyes has any effect on mood. But brain surface proteins are involved”

Juuso Nissilä, UOulu University

While Auino set about designing prototype devices that might exploit this physiological quirk, Nissilä began a scientific investigation. The genetic codes for a particular protein called OPN3, one of the same family of proteins as those found in the retina, had previously been identified in the brains of rats and in humans. But the protein itself, and its location in the brain, had not been investigated. Working with the biology department and Institute of Diagnostics at Oulu University, Nissilä used tissue-staining techniques to identify the protein in 18 separate regions of the human brain.

The proteins for nine opsin proteins are encoded in the human RNA, and four of those are found in the eye - one responds to dark and light, and the other three respond to colours,’ Nissilä explained. ‘These staining tests actually identified four of the other five opsins in the nerve tissue of the brain.’

It isn’t clear what these proteins do in the brain, but they seem to be associated with the nerve signalling pathways, as they are particularly abundant in areas that are involved with the production and storage of the neurotransmitter compounds serotonin, melatonin and dopamine - all of which are also implicated in mood, sleep and depression.

In fact, Nissilä believes, it’s these proteins that are responsible for the mood fluctuations associated with daylight, and not the eyes at all. ‘There’s no evidence that shining light in your eyes has any effect on mood,’ he claimed, ‘whereas we now have evidence that these brain-surface proteins are involved. Bone is actually quite a good transmitter of light - put a torch inside a skull and you’ll see the beam very clearly - so I now think that it’s the light reaching your brain surface through your skull which is the important factor.’

This means that shining light in via the ears is a far better way to deliver bright light therapy than staring at a lamp, he said. ‘There are two good reasons to use the ears,’ he said. ‘The first is that the skull is thin around the ear canal area, and a very good proportion of the light gets through. The second is that there are comparatively few blood vessels on the surface of the brain at that point.’

Blood, Nissilä said, is a strong light absorber, and the brain is covered with a web of fine blood vessels. The gap in the area around the ear canal means that the light from the Valkee device can reach the surface; moreover, the region of the brain in that area is responsible for serotonin processing. ‘This is one of the reasons we think we get a strong response,’ he said.

The Valkee device itself resembles a small MP3 player - a curvy white minimalist control unit with two earphones, each consisting of a white LED, mounted inside a rubbery earpiece. ‘The LED produces wavelengths close to that of sunlight, although the bluer wavelengths have the strongest effect,’ Nissila said. ‘The rest of the device makes sure that the intensity of the light remains constant throughout the treatment.’

“Shining light into the brain through the ears is a far better way to deliver bright light therapy than staring at a lamp”

Tests of the device have included fMRI, to see which areas of the brain are activated when light is delivered - showing that the regions involved with visual awareness, rather than perception, are activated. Unlike other bright light therapies, the Valkee unit has been tested in a placebo-controlled trial. ‘You can’t tell, when it’s in your ears, whether it’s on or not, so as long as it’s administered in a clinic, it’s possible to have a placebo,’ Nissilä explained.

The trial, with 26 patients receiving treatment and a control group of 23, showed that depression - measured using a questionnaire designed for psychological studies - decreased when the device was used for 12 minutes per day. ‘That’s as good, if not better, than conventional SAD treatment, but much quicker,’ Nissilä said. ‘And it may be more effective than pharmaceuticals for certain disorders.’

Valkee is currently conducting trials of the device for disorders involving the brain’s response to hormones, such as jet lag, migraine and cognitive performance, and more trials are planned for neural-signalling disorders, such as anxiety. However, sales results so far are promising; in its first year, the device cornered a third of the Finnish market for bright light therapy devices, despite a retail price of around €100.

So does Nissilä use it himself? ‘As a matter of fact I do,’ he told The Engineer, ‘although if I use it after about 8am I find it makes me a bit hyper. But I do use it for five minutes or so before I leave work, because I find it gives me more energy to play with my daughter.’

in depth

How the recession saw Oulu become a centre for technological innovation

Oulu is the largest town in northern Finland. It first found prosperity by exporting tar, the creosote-rich product of heating pine wood, for use as a waterproofing material for sailing ships. More recently, it has been the centre for the research and development activity of Nokia. But the recession has, almost paradoxically, seen it become a centre for technology entrepreneurship.

When Nokia was forced to lay off research staff, a large number of people with extensive skills in high technology and mobile communications found themselves in need of jobs. ‘Finland, traditionally, hasn’t had an entrepreneurial culture,’ explained Janne Mustonen of Business Oulu. ‘We were forced to change by circumstance.’

Innovative companies such as Valkee are supported by organisations such as the Foundation for Finnish Inventors. ‘A mere idea is just a percentage of an innovation,’ said Nissilä. ‘Creating an idea and breathing life into it is hard work, which requires the courage to encounter the prejudices of a larger audience and the risks and challenges of entrepreneurship.’

The foundation evaluates business ideas, advises on technical development, commercialisation and marketing, and helps to put entrepreneurs in touch with inventors.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/in-depth/ear-worn-device-ensures-a-bright-disposition?utm_source=content_recommendation&utm_medium=blueconic