Home Notizie recenti Il suono può stimolare la retina cieca a trasmettere segnali al cervello...

Il suono può stimolare la retina cieca a trasmettere segnali al cervello tramite una protesi retinica ad ultrasuoni

141
0

Credito: CC0 Pubblico Dominio

Le malattie degenerative della retina, causate dalla progressiva degenerazione dei fotorecettori fotosensibili nella retina, sono una delle principali cause di perdita della vista e cecità, colpendo decine di milioni di persone in tutto il mondo. Sebbene i bastoncelli e i coni che sono le cellule fotosensibili della retina siano completamente degenerati, i circuiti neurali collegati al cervello sono per lo più ben conservati, fornendo l’opportunità di ripristinare la vista stimolando direttamente i neuroni retinici.

Una nuova promettente soluzione basata sull’attivazione di questi neuroni mediante ultrasuoni è stata recentemente raggiunta da un gruppo di ricerca guidato dai dott. Qifa Zhou, professore di ingegneria biomedica e oftalmologia, e Mark S. Humayun, professore di oftalmologia e ingegneria biomedica, e uno degli inventori di Argus II presso la University of Southern California a Los Angeles, USA

“Questo è un passo verso una protesi retinica non invasiva che funziona senza interventi chirurgici invasivi agli occhi”, ha detto il dottor Zhou. “Occhiali speciali con fotocamera e trasduttore a ultrasuoni hanno lo scopo di offrire alle persone non vedenti e ipovedenti una nuova visione del mondo”.

Per vedere se questo approccio potesse funzionare, il gruppo ha stimolato gli occhi di un topo cieco con onde ultrasoniche, un suono con una frequenza molto superiore a quella che un essere umano può sentire. Questi suoni ad alta frequenza possono essere ben manipolati e possono essere focalizzati su un’area dell’occhio desiderata. Questo approccio ha permesso di attivare piccoli gruppi di neuroni nell’occhio del topo, proprio come i segnali luminosi possono attivare un occhio normale.

La pressione meccanica del suono può attivare i neuroni negli occhi e inviare segnali al cervello. Per un’esperienza simile, chiunque può sentire fosfeni leggeri strofinando gli occhi o spingendo delicatamente i bulbi oculari mentre gli occhi sono chiusi. Il Dr. Humayun, che è un pioniere nel campo delle protesi retiniche, ha affermato che “la sfida rimane quella di consentire la percezione visiva suscitata dagli ultrasuoni in modo che possa fornire una visione utile per i non vedenti”.

“Sappiamo che gli ultrasuoni possono generare una pressione meccanica ben controllata, la forza della radiazione acustica e potrebbero essere utilizzati per attivare neuroni”, afferma Gengxi Lu, uno dei dottorandi di Zhou. studenti che hanno recentemente presentato i risultati della ricerca in una conferenza della Acoustical Society of America a Seattle. Secondo lui, “Bisogna ancora capire come esattamente la pressione meccanica abbia attivato i neuroni retinici”.

Lo studio è ora in una fase iniziale dello sviluppo di un dispositivo per condurre esperimenti sull’uomo. Una delle principali limitazioni degli esperimenti sugli animali è che, a differenza degli esseri umani, non possiamo ottenere risposte sulle loro esperienze visive durante la stimolazione ultrasonica dell’occhio. Il team ha risolto questo problema misurando le attività visive direttamente dall’area visiva del cervello del ratto nota come collicolo superiore, a cui il nervo ottico è direttamente collegato. Posizionando un array multi-elettrodo in quest’area, è stato possibile registrare l’attivazione della retina mediante elettrofisiologia. Lo studio ha dimostrato che quando l’ecografia viene proiettata come un pattern sulla retina (ad esempio la lettera “C”) è possibile misurare le attività corrispondenti nel collicolo superiore.

Uno dei requisiti più importanti della protesi visiva è che l’utente sia in grado di vedere le immagini nel modo più nitido possibile. Per fare ciò, le immagini in arrivo dovrebbero contenere molti punti individuali. La telecamera collegata al sistema potrebbe essere in grado di gestirlo, ma se le onde sonore sono in grado di trasmettere dettagli così piccoli ai neuroni retinici senza fondersi l’uno nell’altro?

“Il problema della risoluzione del sistema sperimentale non è ancora terminato”, afferma Xuejun Qian, un ricercatore post-dottorato presso il laboratorio di Zhou che per primo ha dimostrato la stimolazione retinica ad ultrasuoni in ratti ciechi in vivo. “Nei ratti, il fascio di ultrasuoni ha stimolato un’area circolare della retina con un diametro di circa 250 milionesimo di metro mentre singoli neuroni di soli pochi milionesimi di millimetro sono raggruppati nella retina. Quindi, per ottenere risultati migliori risoluzione, abbiamo bisogno di sperimentare con fasci di ultrasuoni a frequenza più alta”.

Gli esperimenti condotti dal team hanno mostrato che i neuroni emettevano il segnale più forte quando venivano attivati ​​circa cinque volte al secondo. Ma i cervelli umani hanno una velocità di calcolo molto più elevata, quindi possono vedere ogni immagine separatamente a questa velocità. A causa di questa limitazione, l’immagine di una persona seduta di fronte a te potrebbe apparire molto a scatti. I produttori di film e videogiochi sono consapevoli che le immagini possono essere fluide solo a una frequenza fotogrammi di 24 fotogrammi al secondo. Quando i ricercatori hanno testato a un frame rate così alto, i neuroni negli occhi di topo hanno fallito.

Il Dr. Biju Thomas (Professore Associato di Oftalmologia di Ricerca) pensa di poter almeno in parte risolvere questo problema. I loro esperimenti mostrano che maggiore è la frequenza degli ultrasuoni, più fortemente vengono attivati ​​i neuroni. Questo può compensare l’attenuazione che porta un frame rate più alto. Secondo Gengxi Lu, “Dieci fotogrammi al secondo dovrebbero essere sufficienti per inviare con successo i segnali al cervello”.

C’è un brevetto in attesa su questo nuovo sistema di stimolazione ad ultrasuoni. Una società con sede in Texas chiamata Nanoscope Technologies LLC, che si concentra principalmente sulla terapia genica per la cecità, concederà in licenza la tecnica e fornirà supporto per condurre futuri esperimenti su conigli e scimmie. Questo rende Zhou ottimista sul momento in cui una persona non vedente, che è disposta e in grado di permetterselo, può farsi montare una protesi oculistica. Se i prossimi esperimenti avranno successo, questa nuova tecnologia potrebbe essere tradotta in studi clinici sull’uomo entro i prossimi 3-5 anni.


Fornito da BME Frontiers

Articolo precedenteSoffiare polvere per raffreddare i plasmi di fusione
Articolo successivoO-pH, un nuovo prototipo di strumento dentale, è in grado di individuare le condizioni acide che portano alla carie