Master in neuromodulazione

La passione di Stanisa Raspopovic per il cervello, il sistema nervoso e le neurotecnologie è nata durante gli studi di ingegneria elettronica a Pisa. "Ho letto un articolo su una rivista scientifica che parlava di una ricerca sulle scimmie che erano in grado di controllare bracci robotici con il pensiero e attraverso la misurazione delle onde cerebrali", racconta.

Cresciuto a Belgrado e a Pisa, Raspopovic ha amato in gioventù il basket e le scienze naturali. Oggi è professore assistente presso l'ETH di Zurigo e può vantare una serie di scoperte nel campo dell'interfaccia tra corpo e macchina. Le più note sono le cosiddette neuroprotesi per amputati transfemorali, che ha sviluppato insieme al suo team. Queste protesi per le gambe sono collegate ai nervi della coscia del paziente Chi siamo, tramite elettrodi impiantati. Gli elettrodi trasmettono informazioni a chi indossa la protesi da sensori posti sulla pianta del piede protesico, consentendo loro di sentire di nuovo il contatto con il terreno, cosa che non erano in grado di fare da quando la gamba era stata amputata. "Stiamo aiutando queste persone a ridurre il dolore fantasma e a camminare meglio", afferma Raspopovic. Per i suoi risultati è stato insignito del premio Latsis dell'ETH di Zurigo (vedi riquadro).

Unire due mondi

Collegare un dispositivo elettronico e i nervi è estremamente complesso, come spiega Raspopovic. Durante gli anni della sua tesi di dottorato, sempre a Pisa, e successivamente a Barcellona e all'EPFL di Losanna, ha utilizzato simulazioni al computer, integrandole poi con numerosi modelli animali, per studiare come collegare al meglio i due mondi diversi.

"? proprio questa interdisciplinarità tra informatica, elettrotecnica, neurobiologia, ricerca sugli animali e studi clinici insieme ai medici a rendere possibile la nostra ricerca e a renderla così interessante per me e per tutti gli altri coinvolti", afferma Raspopovic. I confini tra le specializzazioni scientifiche tradizionali stanno diventando sempre più labili. Raspopovic si considera uno scienziato all'interfaccia di varie discipline e, in ultima analisi, un neuroingegnere.

Nelle cellule nervose le informazioni vengono trasmesse tramite atomi carichi (ioni), mentre i circuiti dei dispositivi elettronici funzionano con gli elettroni. Entrambi i sistemi hanno in comune la possibilità di essere influenzati da un campo elettrico. "Per comunicare con i nervi, dobbiamo modificare il campo elettrico", spiega Raspopovic. Questo può essere fatto in diversi modi e nella sua ricerca precedente è riuscito a dimostrare che è particolarmente efficiente farlo attraverso la cosiddetta modulazione di carica in funzione del tempo, invece che con la modulazione di frequenza, come hanno fatto i ricercatori in precedenza. Inoltre, Raspopovic ha ottimizzato la forma degli elettrodi impiantati per poter influenzare singoli fasci nervosi piuttosto che l'intero nervo.

Dalle basi all'applicazione

Sin dalla laurea magistrale a Pisa, Raspopovic si è interessato a domande fondamentali: come percepiamo il mondo con il nostro cervello? Come funziona la nostra coscienza e dove è localizzata nel cervello? Come si possono collegare il sistema nervoso e le macchine? Come si possono decodificare le informazioni del sistema nervoso ed eventualmente influenzarle a fini terapeutici?

Sono domande altrettanto fondamentali che lo preoccupano ancora oggi, ora come ricercatore che sta contribuendo a dare una risposta. "Stiamo cercando di capire come il nostro sistema nervoso reagisce ai dispositivi artificiali, come i dispositivi e i sensori collegati ad esso tramite elettrodi", dice. L'obiettivo è scoprire come il sistema nervoso riceve ed elabora tali informazioni. O come tali informazioni provenienti da sensori esterni influenzino la mente conscia e subconscia. "Per fare questo collaboriamo anche con psicologi e neuroscienziati", spiega Raspopovic. "Perché solo se comprendiamo meglio questo aspetto possiamo migliorare le interfacce tra i dispositivi e il corpo".

Passione, perseveranza e un buon team

La neurostimolazione è stata aggiunta al suo lavoro di ricerca più recente. Tra gli esempi vi è il trattamento della paralisi facciale attraverso la precisa stimolazione elettrica dei nervi facciali. Oppure il trattamento dell'intorpidimento e del dolore ai piedi dovuto a danni ai nervi, come accade in molti pazienti diabetici. Per questi scopi, Raspopovic non lavora con elettrodi impiantati, ma con elettrodi che vengono applicati sulla pelle, ad esempio in una calza appositamente progettata. "Anche in questi progetti utilizziamo inizialmente modelli computerizzati realistici e intelligenza artificiale. Vogliamo capire quali elettrodi dobbiamo stimolare esattamente in una calza di questo tipo e come dobbiamo stimolarli", spiega.

L'aspetto notevole del lavoro di ricerca di Stanisa Raspopovic è che ha sviluppato da zero tutti gli sviluppi, alcuni dei quali sono attualmente in fase di sperimentazione sull'uomo, scrive l'ETH Research Commission per l'assegnazione del Premio Latsis dell'ETH di Zurigo 2021. "Molte scoperte sembrano semplici a posteriori", afferma. "Molte delle sfide che ha dovuto affrontare sono di natura tecnica, ad esempio quando un elettrodo o un cavo si rompe da qualche parte e lo si scopre solo dopo un po' di tempo. Spesso ha dovuto lavorare fino a tarda sera, ad esempio per preparare i dispositivi per gli studi clinici o per scrivere proposte di ricerca in tempo per una scadenza.

Ci vuole molta perseveranza per padroneggiare tutto questo, dice Stanisa Raspopovic. In definitiva, dice, ci sono tre cose che portano al successo: Passione, perseveranza e un buon team. "Tutte e tre sono essenziali e si favoriscono a vicenda", afferma. ? orgoglioso del suo team di persone giovani e motivate. Sono tutti guidati dalla passione. E se la passione favorisce lo spirito di squadra, questa a sua volta promuove la volontà di perseverare. Così che nessuno si arrende quando si rompe un altro elettrodo o un cavo.