Dal cervello ai piedi, avanti!
Quando il midollo spinale è lesionato, le vie nervose tra il cervello e gli arti sono completamente o parzialmente interrotte. Questo ha conseguenze talvolta drastiche sulla rappresentazione dell'arto colpito nel cervello. I ricercatori dell'ETH hanno ora misurato la misura in cui la rappresentazione corretta è limitata.
Chiunque sia stato anestetizzato localmente e abbia assistito all'intervento alla gamba o al braccio, conoscerà questa strana sensazione. In quel momento la propria parte del corpo sembra strana, come se non appartenesse al proprio corpo. Uno dei motivi è che il cervello ha ancora memorizzato la posizione in cui si trovava l'arto prima dell'anestesia locale. Non appena l'effetto dell'anestetico svanisce, lo spavento è finito.
Sentimento persistente di alienazione
Per le persone che hanno subito una lesione del midollo spinale o un ictus, tuttavia, questa "alienazione" dei propri arti non scompare. Questo perché una lesione di questo tipo compromette o interrompe la comunicazione tra il cervello e il corpo. Ciò influisce sulla ricostruzione anatomica del corpo nel cervello, la cosiddetta rappresentazione corporea.
Questo perché il cervello e gli arti come braccia, gambe, piedi o mani si scambiano costantemente dati sulla posizione, l'orientamento e la condizione, le cosiddette informazioni somatosensoriali. Anche l'occhio è coinvolto nella percezione del corpo. Da parte sua, il cervello elabora queste informazioni visive e somatosensoriali in un'immagine del corpo, che viene "immagazzinata" nella corteccia cerebrale. Tuttavia, esperti e medici stanno ancora discutendo se e in che misura un danno al midollo spinale alteri la rappresentazione del corpo. Gli studi condotti in merito sono contraddittori.
Ricercatori di diverse istituzioni, guidati dal professore dell'ETH Roger Gassert del Laboratorio di Ingegneria della Riabilitazione, hanno ora fatto luce sulla questione con un nuovo studio. Questo è stato appena pubblicato sulla rivista "Scientific Reports".
Categorizzare le immagini del corpo nella mente
Nell'ambito di questo studio, i ricercatori hanno utilizzato un test consolidato per verificare se e in che misura la rappresentazione del corpo dei paraplegici differisce da quella delle persone sane.
Durante il suo soggiorno di ricerca presso l'ETH di Zurigo, il primo autore Silvio Ionta ha ideato un compito in cui ai soggetti del test venivano mostrate immagini di parti del corpo di altre persone, come piedi e mani, e foto del corpo intero. Durante la presentazione delle immagini, i soggetti non potevano vedere le proprie mani e i propri piedi, ma li tenevano paralleli l'uno all'altro o incrociati.
I soggetti del test - tra cui undici con recisione completa o parziale del midollo spinale e 16 soggetti di controllo con midollo spinale intatto - dovevano determinare il lato del corpo o le parti del corpo mostrate sulla base delle immagini presentate. Le immagini erano inoltre mostrate con orientamenti diversi. Infine, i ricercatori hanno misurato il tempo di reazione tra la presentazione dell'immagine e la risposta verbale. "Con questo test possiamo determinare in modo indiretto e oggettivo se e come il cervello e gli arti comunicano tra loro", spiega Gassert.
Le condizioni del midollo spinale sono cruciali
Il compito si è rivelato più difficile per i soggetti con trasposizione completa del midollo spinale. Per valutare la posizione e l'orientamento dell'intero corpo avevano bisogno di tempi di reazione significativamente più lunghi (fino al 50% in più) rispetto ai soggetti con il midollo spinale intatto. "Più il midollo spinale è gravemente distrutto, maggiore è il tempo di reazione richiesto per valutare le immagini del corpo e più la rappresentazione del corpo intero nel cervello è alterata", spiega l'ETH.
Il cervello percepisce inconsciamente la propria posizione corporea durante la visione delle immagini e questo influenza il giudizio sull'immagine. Se il midollo spinale è completamente reciso, il cervello riceve solo stimoli visivi. "La rappresentazione del corpo è quindi disturbata e per le persone colpite è più difficile risolvere il compito da svolgere".
I test hanno anche permesso ai ricercatori di valutare in che misura la paraplegia parziale o completa influisce sulla rappresentazione delle parti del corpo raffigurate. La rappresentazione della mano è rimasta invariata in tutti i soggetti del test. Se i soggetti tenevano le mani incrociate durante i test, il tempo di reazione aumentava in modo comparabile in tutti e tre i gruppi.
Tuttavia, la posizione dei piedi ha avuto un effetto notevole sul tempo di reazione. I soggetti con paraplegia completa hanno mostrato un tempo di reazione più breve fino alla formulazione della risposta rispetto ai soggetti con paralisi parziale e ai soggetti sani di controllo. Ciò indica che il cervello delle persone con recisione completa del midollo spinale rappresenta il piede in modo diverso rispetto alle persone il cui cervello riceve ancora informazioni dagli arti inferiori.
Per Gassert, il fatto che i soggetti con paralisi parziale o completa siano in grado di risolvere i compiti con la stessa precisione e correttezza dei soggetti sani significa anche che la rappresentazione nel cervello è dinamica e adattabile.
Controllare esoscheletri o protesi con il pensiero
Secondo Gassert, lo studio ha anche implicazioni per la riabilitazione e il trattamento delle persone con lesioni al midollo spinale. "Questo test può aiutare i medici a valutare oggettivamente il grado di cambiamento della rappresentazione del corpo nel cervello", afferma il professore dell'ETH.
Tuttavia, egli può anche immaginare che le conoscenze acquisite con questa procedura di test contribuiranno a stimolare le reti cerebrali responsabili della rappresentazione del corpo e quindi a mantenerle attive, anche per quanto riguarda le possibili interfacce uomo-macchina. Queste potrebbero diventare importanti in futuro per consentire la deambulazione con esoscheletri o protesi.
"Questo approccio potrebbe aiutare a mantenere "sveglia" la rappresentazione del corpo anche dopo una lesione del midollo spinale. In una seconda fase, potrebbe essere utilizzato per generare comandi mentali standardizzati e quindi muovere un esoscheletro con un'interfaccia cervello-computer", afferma Gassert.
Il test è stato sviluppato dall'ex collaboratore di Roger Gassert, Silvio Ionta, che ora lavora all'Università di Losanna. Lo studio di Gassert è stato co-diretto da Armin Curt del Centro per la Paraplegia dell'Ospedale Universitario di Balgrist.
Fiera del cervello
Domani, sabato, si terrà l'edizione di quest'anno del pagina esternaFiera del cervello La 7a Conferenza di Neuroscienze del Centro di Neuroscienze di Zurigo si conclude con un programma di conferenze molto vario. Diversi ricercatori dell'Università di Zurigo e dell'ETH di Zurigo parleranno di come il movimento influisce sul cervello e viceversa. Tra i relatori figura anche l'ETH Roger Gassert. Insieme a Michelle Starkey (neuroscienziata, Ospedale Universitario Balgrist), Armin Curt (neurologo, Ospedale Universitario Balgrist) e William Taylor (ingegnere, l'ETH), presenterà il progetto "ZurichMove - sensori di movimento che ti muovono". ? possibile vedere gli altri contributi pagina esternaqui.
"Fiera del cervello di Zurigo 2016: il movimento". Sabato 19 marzo 2016; brevi conferenze dalle 11.00 alle 15.20, Auditorium Maximum ETH Main Building, R?mistr. 101.
Cybathlon
Permettere alle persone paralizzate di camminare di nuovo è un sogno dell'umanità. Anche se questo sogno non è ancora stato pienamente realizzato, oggi esistono numerose tecnologie di assistenza che rendono più facile la vita quotidiana delle persone con disabilità fisiche. Una panoramica attuale di tali tecnologie è fornita dal sito web Cybathlon.Persone con disabilità fisiche si sfidano con l'aiuto di tecnologie di assistenza all'avanguardia. I partecipanti vengono messi alla prova per verificare la loro capacità di svolgere le attività quotidiane utilizzando protesi motorizzate per le gambe, protesi indossabili per le braccia, dispositivi di supporto azionati (esoscheletri), sedie a rotelle motorizzate, stimolazione muscolare elettrica e interfacce cervello-computer innovative. Alcuni di questi ausili tecnici sono prodotti disponibili in commercio, altri sono prototipi provenienti da laboratori di ricerca di tutto il mondo.
Cybathlon, 8 ottobre 2016, stadio di hockey su ghiaccio Swiss Arena di Kloten
Riferimento alla letteratura
Ionta S, Villiger M, Jutzeler CR, Freund P, Curt A, Gassert R. La lesione del midollo spinale influenza l'interazione tra le rappresentazioni visive e sensomotorie del corpo. Scientific Reports 6, Numero articolo: 20144 (2016) DOI:pagina esterna10.1038/srep20144