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Neuroscienze Tecnologie di supporto

mindBEAGLE: una finestra sul mondo per le persone affette da sindrome “locked-in”

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Scritto da Lorenzo Morelli

Immaginiamo di essere per un giorno un astronauta in missione nello spazio, e di perdere ogni contatto con la torre di controllo. Immaginiamo quindi, di non poter più comunicare col mondo che conosciamo, in alcun modo. In una giornata soltanto potremmo vivere i terrori dell’inferno e di tempo ce ne sarebbe più che abbastanza.

Ciò descrive bene lo stato nel quale viene a trovarsi per cause degenerative e non, una persona affetta da CLIS (Complete Locked-In Syndrome), letteralmente “chiusa dentro”. Una sorta di “prigionia” in un corpo il quale non ha il benché minimo grado di libertà nel movimento di natura muscolare per poter interagire con la realtà che la circonda, lasciandola così cosciente di ciò che le accade intorno e allo stesso tempo incapace di rendere manifesta una sua condizione.

Nello specifico, a causa di questa patologia, si ha un’interruzione completa tra i neuroni della corteccia del Sistema Nervoso Centrale e i neuroni motori deputati al movimento; quest’ ultimi non sono in grado di portare l’impulso impartito dal cervello, a tutte le estremità interessate da movimenti muscolari come palpebre o labbra, fino agli arti. Questa sindrome è una diretta conseguenza di stati degenerativi di altre patologie, come la tetraplegia (in forma molto grave) e la SLA (Sclerosi Laterale Amiotrofica) in particolare.

L’unico supporto tecnologico in grado di sopperire alla mancata funzionalità dei neuroni suddetti sono le cosiddette BCI (Brain Computer Interfaces) le quali necessitano di almeno un rilevamento all’esterno dell’impulso cerebrale, in particolare della P300. Quest’ultima è una frequenza di carattere ondulatorio che si presenta nei neuroni corticali alla comparsa di stimoli di natura elettrofisiologica, attraverso quindi un movimento oculare o un parziale movimento degli arti superiori o inferiori. Quindi, meno è il contenuto informativo che si riesce a captare ed estrapolare attraverso EEG e reti neurali (o altri mezzi diagnostici di base), più si riscontrano difficoltà nell’elaborare ed analizzare l’intenzionalità del soggetto e il relativo stato cognitivo, da parte delle BCI.

L’uso di queste ultime è quindi subordinato ad un ristretto campo di applicazione definito dalle patologie alle quali sono in grado di fornire aiuto.

Questa limitazione è definita come problema della “scalabilità” delle BCI , cioè la mancanza di un “modello definitivo” in grado di potersi adattare alle varie forme di stati degenerativi dei soggetti sui quali si applica. Per esempio una BCI classica basata sull’uso di matrici alfanumeriche, è ottimale per pazienti affetti da LIS (Locked-In Syndrome) i quali riescono a muovere anche parzialmente alcune aree del corpo, ma non per un paziente affetto da CLIS dove non è possibile riscontrare nessun tipo di feedback di natura muscolare all’esterno; ciò ci riporta al problema principale: capire quale sia lo stato cognitivo della persona e valutarne l’effettivo stato di salute cerebrale, per il paziente stesso e i suoi cari.

Attraverso mindBEAGLE è stato possibile creare una speciale via di comunicazione con essi. In seguito ne analizzeremo specifiche costruttive e principio di funzionamento.

Cosa è e come funziona il mindBEAGLE

Un’organizzazione di ingegneria medica austriaca, la g.tec, attraverso un team di specialisti in sviluppo software, è riuscita a sopperire a questo problema della “visione” fisiologica dell’impulso dall’esterno, fattore limitante anche per le BCI più tecnologicamente avanzate come suddetto.

Hanno realizzato un’ulteriore interfaccia da implementare sulle BCI, detta mindBEAGLE, in grado di fornire alle persone affette da CLIS, la capacità di rispondere a domande di tipo booleano ( sì/no ) usando oltre alla cuffia su cui sono posti gli elettrodi classica delle BCI, anche una sorta di struttura elastica (da posizionare all’altezza del polso), nel tessuto della quale sono situati dei micromotori a vibrazione che inducono sensazioni tattili molto simili alla vibrazione di un telefono cellulare.

(Struttura completa di BCI con mindBEAGLE e relativi diagrammi di acquisizione della P300)

In questo modo sono riusciti ad arrivare al rilevamento del segnale responsabile dell’impiego di neuroni motori detto P300, in modo responsivo, cioè indirettamente; la persona affetta da CLIS non potendo in alcun moto fornire fisiologicamente una risposta con il movimento oculare o degli arti (cioè in maniera attiva) viene “aiutata” attraverso la sottoposizione delle mani a queste vibrazioni dall’esterno (opportunamente modulate in frequenza), in modo tale da poter poi leggere il biosegnale richiesto (la suddetta P300 che esprime l’intenzionalità dell’azione stessa impartita dai neuroni corticali del SNC ) sul tracciato EEG di riferimento della BCI stessa. Quest’ultimo viene letto dalla cuffia della strumentazione di base, sulla quale dono posti gli elettrodi di adibiti alla ricezione.

Quindi ai pazienti viene posta una domanda della durata di circa 38 secondi, stabiliti sulle sperimentazioni effettuate in base al tempo di acquisizione e alla difficoltà nel tracciamento grafico completo da parte della componente diagnostica; a tale domanda per rispondere essi si devono concentrare (cioè esprimere la volontarietà dell’azione codificata poi dalla P300), sulle vibrazioni di una sola delle loro mani: mano sinistra per “sì” e mano destra per “no”. In una sperimentazione condotta proprio dalla g.tec e dall’Università di Palermo coordinata da la D.ssa Rossella Spataro (coordinatrice del centro SLA) su pazienti affetti da CLIS, con mindBEAGLE, 9 persone su 12 sono state in grado di comunicare usando questo sistema integrato riuscendo a rispondere in media a otto domande su dieci con un grado di accuratezza di circa l’80%, dato dalla valutazione dell’effettiva risposta da parte del feedback delle persone sottoposte al trattamento a partire dai tracciati EEG.

Tra le persone su le quali è stato testato c’è Carmelina, una donna di Palermo, che si trova in stato di CLIS da tre anni in seguito alla degenerazione della precedentemente diagnosticata SLA. La figlia di Carmelina nel video realizzato dall’Università di Palermo in collaborazione con Guger (CEO di g.tec) non era sicura se sua madre potesse ascoltarla, dopo aver ormai provato ogni tipologia di Assistive Technology. Quindi ha deciso di acconsentire all’uso del sistema mindBEAGLE scoprendo che in questo modo che sua madre poteva davvero capire. Ad oggi la famiglia di Carmelina la visita più spesso, legge libri e interagisce molto di più con lei.

Con mindBEAGLE quindi si può affermare che si allarga l’orizzonte sulle patologie cerebrali e sul nuovo e continuo sviluppo di Assistive Technologies, in grado di crescere al passo con le problematiche più gravi e soprattutto in grado di restituire “umanità” e possibilità concrete alle persone colpite da queste malattie neurodegenerative e felicità ai loro cari.

 

(David Bowie - “Space Oddity”)

Malgrado sia lontano più di centomila miglia, mi sento molto tranquillo,
E penso che la mia astronave sappia dove andare.
Dite a mia moglie che la amo tanto.
Lei lo sa.

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Lorenzo Morelli

Studente e laureando in Ingegneria Clinica presso l'università "La Sapienza" di Roma. Ambiti di interesse: le neuroscienze e tecnologie chirurgiche innovative.

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