Nelle profondità del cervello

In rete ci sono video il cui contenuto è memorabile. Un uomo siede su un divano con un telecomando in mano. ? evidente che ha il morbo di Parkinson: le sue mani e le sue braccia tremano e si agitano. Poi solleva il telecomando al petto, preme un pulsante grigio e il tremore cessa quasi immediatamente.

Quello che non si vede nel video: Nel cervello del paziente sono presenti due elettrodi collegati a un pacemaker impiantato a livello del petto. Premendo un pulsante, il pacemaker invia impulsi elettrici ai gangli della base, un gruppo di nuclei cellulari che controllano la pianificazione dei movimenti. La stimolazione di quest'area del cervello, gravemente compromessa nel Parkinson, arresta quasi immediatamente i gravi disturbi motori. ? quasi spaventoso.

"La stimolazione cerebrale profonda per il Parkinson è probabilmente uno dei più grandi successi delle neuroscienze", afferma Johannes Bohacek, professore assistente presso l'Istituto di Neuroscienze dell'ETH di Zurigo. Gli scienziati stanno utilizzando sperimentalmente la stimolazione cerebrale anche per la depressione, ma molte di queste ricerche sono ancora agli inizi. Alcune di esse sembrano a volte fantascienza.

Nel cervello con i virus

Johannes Bohacek stesso utilizza la stimolazione cerebrale per ricercare lo stress e le sue conseguenze sull'organismo. "Lo stress acuto e cronico sono fattori di rischio per le malattie mentali", afferma il neuroscienziato. Tuttavia, studiare le reazioni allo stress è molto complicato perché lo stress colpisce l'intero corpo e coinvolge molti organi e sostanze messaggere. "Questo rende difficile indagare in modo specifico il fenomeno dello stress".

Bohacek semplifica quindi il discorso concentrandosi su singole parti; attualmente sul sistema noradrenergico, che svolge un ruolo centrale nello stress. In situazioni di stress acuto, ad esempio quando scatta improvvisamente l'allarme antincendio, il cervello viene inondato di noradrenalina. Il responsabile è un'unica, minuscola area del cervello, il locus caeruleus. Si trova nascosta in profondità nel tronco cerebrale, come un ago in un pagliaio. "? troppo piccola e difficile da raggiungere per sonde come quelle utilizzate per la stimolazione cerebrale profonda", spiega Bohacek. Un locus caeruleus iperattivo è alla base di alcuni disturbi d'ansia e di panico. Per questo motivo molti ricercatori e l'industria farmaceutica sono interessati a comprendere meglio le sue funzioni.

Per poter studiare in modo specifico cosa succede in quest'area del cervello sotto stress, il professore dell'ETH utilizza dei virus per alterare le cellule nervose del locus caeruleus. Per farlo, lavora con una speciale linea di topi che forza il virus nel locus caeruleus. Il virus fa sì che sulla superficie delle cellule nervose si formi un recettore artificiale (molecola recettore).

I ricercatori somministrano quindi ai topi una sostanza che si lega a questi recettori, in modo da eccitare i neuroni interessati e innescare il rilascio di adrenalina settentrionale senza che sia necessario attivare prima l'intero sistema dello stress. Questo permette a Bohacek e al suo team di chiarire cosa succede nell'intero cervello come risultato.

Il neuroscienziato spera che questi esperimenti portino a una migliore comprensione delle cause dei disturbi da stress. "Per sviluppare terapie più efficaci, dobbiamo prima comprendere meglio i meccanismi molecolari dello stress. Un approccio interessante potrebbe essere quello di ridurre l'eccitabilità del locus caeruleus con metodi simili alla stimolazione cerebrale", spiega Bohacek. "Resta da vedere se e quando queste tecniche troveranno spazio nella realtà clinica".

Interfaccia cervello-macchina

Anche le nuove terapie per le malattie cerebrali sono in cima all'agenda di Mehmet Fatih Yanik. "Stiamo lavorando a nuove tecnologie per correggere i malfunzionamenti della rete nelle malattie del cervello. Tali malfunzionamenti sono alla base di malattie come la depressione, la schizofrenia o l'autismo", afferma il professore di Neurotecnologie presso l'Istituto di Neuroinformatica dell'ETH e dell'Università di Zurigo.

Le malattie cerebrali sono ancora trattate per lo più con pillole. Una sostanza attiva si lega alla molecola bersaglio appropriata nella cellula nervosa e innesca una cascata di segnalazione biochimica nella cellula. Tuttavia, questo non è molto specifico, poiché le molecole bersaglio si trovano spesso in tutto il cervello o anche nel resto del corpo, non solo nelle aree cerebrali che il farmaco intende influenzare.

Yanik ha quindi un'idea diversa di come potrebbe essere il trattamento delle malattie cerebrali in futuro. "Al momento è solo una visione", dice sorridendo. Ma in realtà fa sul serio. Di recente si è candidato con successo a un finanziamento per la ricerca da parte dell'UE con questo progetto.

La sua idea: una persona giace a letto con la testa su un cuscino che comunica in modalità wireless con microchip posizionati sulla corteccia cerebrale. Mentre la persona dorme, migliaia di piccoli elettrodi trasmettono ai chip informazioni ad alta risoluzione sull'attività delle singole cellule nervose. Questi calcolano se i circuiti cerebrali funzionano normalmente o se presentano schemi patologici e richiedono un intervento terapeutico.

Un impianto collegato al flusso sanguigno rilascia quindi microparticelle caricate con sostanze attive. I microchip attivano quindi altri moduli che generano onde ultrasonore e mirano a un'area specifica del cervello. Lì, le particelle si raggruppano per un breve momento e rilasciano i principi attivi. In questo modo, regolano i circuiti cerebrali fuori uso in modo altamente concentrato ed estremamente mirato.

Sebbene la realizzazione di un sistema di questo tipo sia ancora lontana decenni, i singoli pezzi del puzzle sono attualmente oggetto di ricerche e test intensivi sugli animali. Ad esempio, le sostanze attive rilasciate con gli ultrasuoni focalizzati. Yanik e i suoi collaboratori sono riusciti di recente a utilizzare deboli onde di ultrasuoni per concentrare e aprire microparticelle in aree definite del cervello di ratto e rilasciare il loro carico - principi attivi che sono già stati approvati per applicazioni cliniche. Il team di Yanik ha anche sviluppato un nuovo algoritmo per identificare modelli di attività cerebrale anomala nel modello animale e trattare la malattia corrispondente.

La domanda rimane: l'umanità ha davvero bisogno di uno scenario così fantascientifico per curare le malattie del cervello? Yanik ne è convinto: "Le terapie esistenti non sono sufficienti. Quaranta delle più gravi malattie cerebrali non sono ancora curabili. Oggi ingeriamo pillole per le malattie mentali o, nel migliore dei casi, utilizziamo radiazioni elettromagnetiche o ultrasuoni. ? efficace quanto cercare di riparare un supercomputer con un martello".