Sembra fantascienza, ma un impianto neurale potrebbe, tra qualche anno, leggere e modificare i pensieri di una persona. Gli impianti neurali vengono già utilizzati per la cura di diverse patologie, la riabilitazione dopo un infortunio, il miglioramento della memoria, il controllo di arti protesici e altro ancora. Il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti e il National Institutes of Health (NIH), così come molti altri enti, hanno stanziato centinaia di milioni di dollari per potenziare la ricerca in questo ampio settore che acquista sempre più importanza in ambito scientifico. Un tema così caldo nel mondo della scienza, merita di essere adeguatamente approfondito. Cercheremo in modo semplice di spiegare il significato del termine “impianto neurale”, quali sono i tipi di impianti neurali attualmente esistenti e come funzionano.
Un impianto neurale è un dispositivo tecnologico, in genere un elettrodo, che si connette direttamente al cervello di un soggetto dopo essere stato posizionato per via chirurgica o per iniezione, solitamente sulla superficie del cervello o in prossimità della corteccia cerebrale. In altre parole un impianto neurale è un particolare strumento che consente di penetrare il sistema nervoso di un soggetto, grazie all’interazione con le unità cellulari che costituiscono il tessuto nervoso di quest’ultimo, i neuroni. eADV I neuroni, grazie alle loro peculiari proprietà fisiologiche e chimiche sono in grado di ricevere, elaborare e trasmettere impulsi nervosi sia eccitatori che inibitori, nonché di produrre sostanze denominate neurosecreti. Essi dunque comunicano nella stessa lingua in cui comunica l’elettricità, difatti sparano impulsi elettrici in particolari schemi contenenti informazioni, che vengono poi trasmesse ad altri neuroni o cellule effettrici, ad esempio muscolari o ghiandolari. Grazie agli impianti neurali è possibile registrare l’attività elettrica neurale nativa, consentendo ai ricercatori di osservare i modelli con cui comunicano i circuiti neurali sani. Gli impianti neurali possono anche inviare impulsi di elettricità ai neuroni, scavalcando gli impulsi nativi e costringendo i neuroni a comunicare in modo diverso. Che si tratti di neuromodulazione, elettroceutica o bioelettronica, qualsiasi intervento che coinvolga l’utilizzo di impianti neurali ha il potenziale di diventare uno strumento medico straordinario.
Un obiettivo comune dei moderni impianti neurali è al centro di molte ricerche in corso: creare bio-protesi in grado di bypassare le aree del cervello che sono diventate disfunzionali a seguito di ictus o altre lesioni. Ciò include la sostituzione sensoriale, ad esempio, il ripristino della vista o dell’udito. Ma questo non è il solo utilizzo. Alcuni impianti cerebrali vengono utilizzati per il trattamento di patologie neurologiche e psichiatriche, altri sono utilizzati in esperimenti su animali semplicemente per registrare l’attività cerebrale per motivi scientifici. Altri ancora sono coinvolti nella creazione di interfacce che mettono in comunicazione il sistema nervoso umano con i chip dei computer. Questo approccio fa parte di un filone di ricerca più ampio denominato Brain-Computer Interfaces. Vediamo in maniera approfondita i vari utilizzi.
Uno degli usi clinici più affermati degli impianti neurali è in un trattamento chiamato stimolazione cerebrale profonda (DBS). In questa terapia, gli elettrodi vengono posizionati chirurgicamente in profondità nel cervello, dove stimolano elettricamente strutture specifiche nel tentativo di ridurre i sintomi di vari disturbi cerebrali. La Food and Drug Administration (FDA) statunitense ha approvato per la prima volta l’uso della DBS nel 1997 per il tremore essenziale. Da allora, la FDA e altri regolatori globali hanno approvato la DBS per la malattia di Parkinson, la distonia, l’acufene, l’epilessia, il disturbo ossessivo-compulsivo e il dolore neuropatico. La DBS viene anche studiata come trattamento per la sindrome di Tourette e disturbi psichiatrici come la depressione. Si stima che oltre 150.000 persone in tutto il mondo abbiano ricevuto un impianto DBS. I ricercatori hanno anche dedicato molto tempo alla manipolazione del nervo vago mediante impianti neurali. Il nervo vago collega la maggior parte dei nostri organi chiave al tronco encefalico e i ricercatori stanno cercando di “hackerare” questa comunicazione ad alta velocità nel tentativo di trattare patologie, quali l’insufficienza cardiaca, l’ictus, l’artrite reumatoide, la malattia di Crohn, l’epilessia, il diabete di tipo 2, l’obesità, la depressione, l’emicrania e altri disturbi.
Alcuni degli esperimenti più emozionanti che coinvolgono gli impianti neurali sono quelli che riguardano la stimolazione del midollo spinale, noto anche come stimolazione epidurale. Il trattamento ha permesso a molte persone con paralisi nella parte inferiore del corpo di muoversi, stare in piedi e persino camminare per una breve distanza per la prima volta da quando hanno riportato lesioni al midollo spinale. Neuromodulazione: protesi controllate con la mente. Forse nessuna ricerca sulla neuromodulazione ha affascinato l’immaginazione del pubblico più delle protesi controllate dalla mente. Questi sistemi consentono agli amputati di controllare mani, braccia e gambe robotiche - in modi rudimentali - usando i loro pensieri. Ciò può essere realizzato con un impianto neurale nel cervello o all’estremità sopra l’amputazione. Alcuni di questi arti robotici possono anche fornire un feedback sensoriale stimolando i nervi appena sopra l’amputazione, dando all’utente la sensazione di ciò che sta toccando. Grazie a questo sistema i ricercatori hanno migliorato con successo la capacità di memoria delle persone per compiti specifici stimolando le strutture cerebrali in modi precisi. Gli individui quadriplegici con protesi cerebrali hanno utilizzato computer e frasi dattiloscritte usando solo i loro pensieri. Esistono perfino algoritmi in grado di determinare l’umore di una persona in base all’analisi della sola attività cerebrale. Ad oggi un paio di aziende hanno introdotto con successo sul mercato impianti che correggono la comunicazione neurale tra l’occhio e il cervello. Da non dimenticare, infine, gli ambiziosi progetti dell’imprenditore Elon Musk che con la sua startup Neuralink intende sincronizzare il nostro cervello con l’intelligenza artificiale.
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Quali sono le prospettive per gli impianti neurali? L’invasività di qualsiasi impianto ne limita l’uso. È difficile giustificare un intervento chirurgico al cervello o alla colonna vertebrale a meno che una persona non abbia un grave bisogno medico. Quindi gli ingegneri e i ricercatori oggi sono costantemente impegnati nella progettazione di dispositivi sempre più efficienti, in grado di raggiungere le profondità del corpo con un impatto minore sui tessuti. “Gli ingegneri spingono continuamente i limiti per ciò che è tecnicamente possibile. Si tratta di ridurre l’onere chirurgico, aumentare la natura cronica dell’impianto e cercare costantemente di ottenere elettrodi sempre più piccoli che coprano un’area più ampia del cervello”, ha affermato David McMullen, capo del programma di neuromodulazione e neurostimolazione presso l’Istituto nazionale americano di salute mentale. Ad oggi i risultati raggiunti sono notevoli: gli ingegneri hanno inventato impianti cerebrali delle dimensioni di un granello di polvere, elettrodi che si arrampicano sui nervi come una vite, elettrodi realizzati con materiali flessibili con un filo nanoelettronico, elettrodi simili a stent o ”stentrodi” che possono raggiungere il cervello attraverso i vasi sanguigni e registrare l’elettricità, una maglia elettronica iniettabile a base di nanofili di silicio, elettrodi che possono essere iniettati nel corpo come un liquido e quindi indurirsi in una sostanza elastica simile a un taffy e altro ancora. Inoltre oggi la neuromodulazione può anche essere eseguita in modo non invasivo utilizzando elettrodi o bobine magnetiche posizionate sopra o in prossimità della pelle. La strategia si è dimostrata efficace per alcune condizioni, sebbene finora non abbia raggiunto la specificità o l’efficacia degli impianti. Ma questi dispositivi innovativi ci portano solo fino ad un certo punto. “C’è un malinteso sul fatto che gli ostacoli [alla neuromodulazione] siano principalmente tecnici, come la credenza che l’unica ragione per cui non abbiamo dispositivi controllati dal pensiero è perché nessuno ha ancora realizzato un elettrodo sufficientemente flessibile”, afferma Civillico presso NIH. Difatti, i ricercatori hanno ancora bisogno di una più completa comprensione di base della fisiologia dei circuiti neurali.
Ecco perché, solitamente, prima di spiegare cosa sia e di cosa si occupi la Terapia Neurale, devo fare un passo indietro e parlare di un sistema troppo spesso dimenticato dalla medicina moderna, nonostante il suo ruolo indispensabile: mantenerci vivi e possibilmente in salute ogni santo giorno. È lui che regola il battito cardiaco, la frequenza respiratoria, quanto sangue deve arrivare e dove, avvia e modula i processi infiammatori (non esiste infiammazione senza innervazione) e riparativi. Possiamo immaginarlo come una sorta di intranet, una rete ubiquitaria, costantemente aggiornata in tempo reale, interconnessa con gli altri sistemi di regolazione (immunitario, endocrino ecc.), che sa esattamente dove, come e quando. In natura sostanzialmente tutto ruota intorno al nutrirsi e riprodursi. L’ortosimpatico gestisce le reazioni di attacco e fuga. È un sistema ad alta prestazione ed alto dispendio energetico. Mettiamo caso che io sia una leonessa: da lontano individuo un branco di antilopi. Ho fame, i miei piccoli hanno fame. In me si attiva l’ortosimpatico: le mie pupille si dilatano per vedere meglio, il sangue viene dirottato ai muscoli per avere più potenza, i miei bronchi si dilatano per respirare più efficacemente. L’antilope mi ha visto, e anche in lei si attiva lo stesso sistema, con fine opposto: correre più velocemente di me per sfuggirmi. Comunque vada a finire, al termine della caccia, questo sistema ad elevato consumo lascerà il posto al suo “antagonista”, il parasimpatico, deputato al riposo e all’assimilazione. Sostanzialmente, e semplicisticamente, una sorta di carica batteria, come quando attacchiamo il telefono dopo una giornata passata a smanettare tra video, giochi e social. Ma il parasimpatico fa di più: ripara, ripristina, lenisce. Ecco, è qui che la faccenda si complica. L’ortosimpatico nasce, tra l’altro, per gestire minacce. Ma minacce reali, contestuali, di breve durata. Se l’antilope semina la leonessa, non avrà più bisogno di dirottare sangue ai muscoli, di respirare più velocemente ecc. Ma se invece la “minaccia” perdura, indefinitamente (situazioni stressanti sul lavoro, a casa, stili di vita scorretti, scarso riposo notturno, preoccupazioni, infiammazioni croniche ecc) ecco che questa alternanza può perdere il suo ritmo fisiologico e di conseguenza la sua efficacia. Il sistema ortosimpatico rimarrà attivo più del dovuto e del previsto, consumando progressivamente le risorse energetiche a sua disposizione fino all’esaurimento, a discapito delle funzioni riparatrici del parasimpatico. E quando questo succede si instaura un circolo vizioso dal quale è complicato uscire. Per fare un esempio, immaginiamo di avere 100 punti “energia”, come fosse un videogame. Mettiamo che, per questioni lavorative, la nostra spalla destra sia sottoposta a sollecitazioni ripetute in posizioni non ottimali. Questo porterà verosimilmente a una infiammazione di un tendine, non grave, che il nostro sistema neurovegetativo tenterà di gestire, probabilmente con successo (il classico dolore che va e viene). Ma se a questo si aggiungono altri fattori, fisici o psichici (obesità, diabete, ipertensione, malattie croniche, preoccupazione per i figli, un dente da devitalizzare con tutto il suo carico infiammatorio e il conseguente preventivo del dentista, una cicatrice che si fa sentire quando cambia il tempo nonostante siano passati molti anni), ecco che quei 100 punti iniziali si riducono velocemente, fino a non essere più sufficienti per consentire una gestione “autonoma” della spalla sovraccarica. E finalmente arriviamo alla Terapia Neurale. Ma perché l’anestetico locale? Tutti gli organismi viventi si basano su processi chimici e fisici per il loro funzionamento. Il sistema nervoso utilizza correnti elettriche per comunicare molto rapidamente e a grande distanza. Gli anestetici locali funzionano sostanzialmente andando a modificare/bloccare processi chimici/fisici con il fine di ridurre, fino ad annullare temporaneamente, la capacità di dare il via e trasmettere impulsi elettrici. Inoltre, possiedono proprietà antinfiammatorie, antistaminiche, antisettiche, addirittura antitumorali (almeno in vitro). Quindi andare a resettare il tratto coinvolto con una piccola quantità di anestetico può consentire di ripristinare, per quanto possibile, le “impostazioni di fabbrica”, quelle che madre natura aveva originariamente pensato, e interrompere il circolo vizioso. E quindi l’effetto terapeutico va al di là del mero effetto anestetico, inteso come riduzione della sensibilità. Sia chiaro, non è l’acqua di Lourdes né la panacea di tutti i mali. Ai miei pazienti non “vendo” rimedi miracolosi. È un viaggio, un percorso condiviso, una sorta di danza a due che arricchisce il paziente e il terapeuta stesso.
Dottore, quante punture mi farà? E cosa devo aspettarmi? Queste sono alcune delle domande che i pazienti mi pongono. Una precisazione che faccio sempre ai miei pazienti: non si tratta di una singola puntura, ma di svariate iniezioni (in accordo con il paziente) con aghi sottili per minimizzare il fastidio, sia nella zona di dolore/disturbo riferito, sia in regioni connesse dal punto di vista anatomico e/o funzionale. La durata dipende da molte variabili: la patologia trattata, la gravità del quadro clinico, la tolleranza del paziente, la risposta del suo sistema neurovegetativo. Come tutte le terapie infiltrative, anche la Terapia Neurale può provocarne, piuttosto raramente, sia locali, come ematomi, dolore nel sito di iniezione ecc., o sistemici, quali reazioni vaso-vagali, reazioni allergiche (estremamente rare) ecc. Normalmente in 2-3 sedute a cadenza settimanale si cominciano a vedere gli effetti migliorativi.
FIGURA 1. Nervo sciatico umano. L'assone è un'estensione citoplasmatica del neurone che trasmette segnali elettrici lungo la sua lunghezza dal corpo cellulare proximalmente a ovunque da pochi millimetri fino a quasi 1 m distalmente. Le cellule di Schwann sono interrotte in spazi interposti, noti come nodi di Ranvier, dove avviene il processo di depolarizzazione e ripolarizzazione durante la propagazione salatoria del potenziale d'azione. FIGURA 2. A: Assone non mielinizzato di una radice nervosa umana. B: Assone mielinizzato di un nervo sciatico umano. FIGURA 3. Endonevrio. Assoni mielinizzati avvolti dall'endonevrio ottenuto da un nervo sciatico umano. A: Microscopia elettronica a trasmissione. FIGURA 4. Fascicoli del nervo mediano umano. FIGURA 5. Plesso intraneurale. A: Schema.
Lo spessore del perineurio è tipicamente compreso tra 7 e 20 μm. Gli strati di cellule perineurali forniscono una barriera per la diffusione di sostanze dentro e fuori i fascicoli. Lo spazio tra le cellule perineurali è composto da sostanze amorfe fondamentali, fibre di collagene e fibroblasti. Il perineurio consente un certo movimento degli assoni all'interno di un fascicolo e mantiene la pressione intrafascicolare fungendo da efficace barriera fisica contro lesioni meccaniche e chimiche. FIGURA 6. Perinevrio. Strati perineurali del nervo sciatico umano. A: Microscopia elettronica a trasmissione.
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Le fibre di collagene dell'epinevrio sono simili per dimensioni e aspetto alle fibre di collagene della dura o delle maniche durali. FIGURA 7. Epinerio. Nervo tibiale umano: dettaglio dei fascicoli, del tessuto interfascicolare e dell'epinevrio. I nervi periferici hanno due sistemi vascolari indipendenti ma interconnessi.
Questo tessuto collega liberamente queste strutture in modo che sia consentito il movimento l'una sull'altra. FIGURA 9. Radice del nervo ventrale e dorsale. Sezione trasversale alla cuffia della settima radice nervosa tra sacco durale e ganglio della radice dorsale. FIGURA 10. Radice nervosa. Sezione trasversale al ganglio della radice dorsale esterna della cuffia della settima radice nervosa. A: Esterno fino a 2 mm. B: esterno a 5 mm. FIGURA 11. Cordoni del plesso brachiale. Cordone anteromediale, cordone anterolaterale e cordone posteriore. FIGURA 12. Interazione dell'ago del blocco e del plesso brachiale interscalenico. Il posizionamento dell'ago nei fasci provoca lesioni fascicolari.
L’invasività di qualsiasi impianto ne limita l’uso. È difficile giustificare un intervento chirurgico al cervello o alla colonna vertebrale a meno che una persona non abbia un grave bisogno medico. Quindi gli ingegneri e i ricercatori oggi sono costantemente impegnati nella progettazione di dispositivi sempre più efficienti, in grado di raggiungere le profondità del corpo con un impatto minore sui tessuti. “Gli ingegneri spingono continuamente i limiti per ciò che è tecnicamente possibile. Si tratta di ridurre l’onere chirurgico, aumentare la natura cronica dell’impianto e cercare costantemente di ottenere elettrodi sempre più piccoli che coprano un’area più ampia del cervello”, ha affermato David McMullen. Ad oggi i risultati raggiunti sono notevoli: gli ingegneri hanno inventato impianti cerebrali delle dimensioni di un granello di polvere, elettrodi che si arrampicano sui nervi come una vite, elettrodi realizzati con materiali flessibili con un filo nanoelettronico, elettrodi simili a stent o ”stentrodi” che possono raggiungere il cervello attraverso i vasi sanguigni e registrare l’elettricità, una maglia elettronica iniettabile a base di nanofili di silicio, elettrodi che possono essere iniettati nel corpo come un liquido e quindi indurirsi in una sostanza elastica simile a un taffy e altro ancora. Inoltre oggi la neuromodulazione può anche essere eseguita in modo non invasivo utilizzando elettrodi o bobine magnetiche posizionate sopra o in prossimità della pelle. La strategia si è dimostrata efficace per alcune condizioni, sebbene finora non abbia raggiunto la specificità o l’efficacia degli impianti. Ma questi dispositivi ci portano solo fino a un certo punto. Ecco perché servono ulteriori studi di base sulla fisiologia dei circuiti neurali, per avanzare nella Terapia Neurale e nelle sue applicazioni.
La Terapia Neurale si fonda su un principio di base: intervenire sul tratto coinvolto con una piccola quantità di anestetico locale per “resetare” impostazioni di fabbrica e interrompere il circolo vizioso dell’infiammazione e della disfunzione. Sia chiaro: non è una panacea, ma un percorso modulato che richiede collaborazione tra professionista e paziente. Una seduta tipica prevede idonea preparazione, scelta mirata dei siti di injection, e un percorso di follow-up che può includere terapie riabilitative. L’effetto terapeutico va oltre il alone anestetico, agendo su come il sistema nervoso regola i processi infiammatori e le risposte posturali e motorie.
FIGURA 13. Nervo tibiale umano. Puntura in vitro del nervo con ago per neurostimolazione. TABELLA 1. Classificazione delle neurotmesi e neuroprassie. TABELLA 2. Pattern di lesione nervosa in relazione al sito di iniezione. Queste figure riassumono la complessità anatomica e i rischi associati alle tecniche di blocco nervoso e neuromodulazione.
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I blocchi antalgici e la terapia neurale rappresentano approcci complementari in ambito dolore e riabilitazione. Per alcune condizioni, possono offrire sollievo rapido e riduzione dell’uso di farmaci sistemici, facilitando percorsi diagnostici e terapeutici mirati. In Europa e in Italia, la diffusione di protocolli di blocco nervoso selettivo è accompagnata da riferimenti a linee guida che sostengono sia l’uso diagnostico che terapeutico, con attenzione a indicazioni, controindicazioni e gestione del rischio.
In conclusione, la ricerca sugli impianti neurali sta spingendo verso soluzioni sempre meno invasive, con un continuo ampliamento delle capacità di registrazione e modulazione della rete neurale. L’obiettivo resta migliorare la qualità della vita, offrire nuove possibilità riabilitative e supportare diagnosi e terapie in un futuro non troppo lontano.
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