UNA SONDA OTTICA INNOVATIVA PER REGISTRARE L’ATTIVITÀ DEL CERVELLO
Con applicazioni possibili per la diagnosi e il controllo di parkinson, schizofrenia e depressione. Uno studio di ricercatori IIT e Unisalento
Un nuovo metodo che, grazie a una particolare sonda ottica, utilizza la luce per registrare l’attività del cervello, e che promette d’essere un importante tassello per la diagnosi e il controllo di patologie cerebrali e per dispositivi medici di nuova generazione. Lo hanno messo a punto i ricercatori Ferruccio Pisanello (IIT – Istituto Italiano di Tecnologia) e Massimo De Vittorio (IIT e Università del Salento), in collaborazione con il laboratorio di Bernardo Sabatini dell’Harvard Medical School di Boston (USA), nell’ambito di uno studio finanziato dell’European Research Council (ERC) e dai National Institutes of Health (NIH) statunitensi. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature Methods (https://www.nature.com/articles/s41592-019-0581-x).
«Le neuroscienze hanno di recente evidenziato la necessità di registrare lo scambio di informazioni che avviene tra regioni diverse e tra cellule con diverse funzioni all’interno del cervello, per comprenderne il funzionamento e studiare la circuiteria cerebrale», spiega Massimo De Vittorio, ordinario di Elettronica a UniSalento e coordinatore del CBN – Center for Biomolecular Nanotechnologies dell’IIT, che ha sede ad Arnesano (Lecce). «Questo studio ha presentato una nuova metodologia che permette di raccogliere tutte queste informazioni simultaneamente, mediante un unico dispositivo ottico, rilevando segnali luminosi da più punti del cervello. Il metodo sviluppato sfrutta una sonda del tutto innovativa, in grado di utilizzare la luce sia per leggere l’attività di specifici neuroni che di manipolarne l’attività in distinte regioni cerebrali profonde. Il suo funzionamento è determinato dalla possibilità di far emettere luce ai neuroni quando vi è attività nervosa o rilascio di neurotrasmettori, molecole che trasferiscono informazioni biochimiche tra neuroni».
La sonda è costituita da una fibra ottica a forma di cono affusolato e una punta di dimensioni nanometriche che può raccogliere luce su un’estensione di circa 2mm e, interagendo con il tessuto neuronale, permette di determinare l’origine dell’informazione ottica. Grazie alla collaborazione con l’Harvard Medical School, la sonda è stata testata per l’analisi dello striato, una regione del cervello coinvolta nella pianificazione dei movimenti, e utilizzata per monitorare il rilascio di dopamina, un neurotrasmettitore coinvolto sia nel controllo motorio che nei disordini del sistema nervoso centrale come il Parkinson, la schizofrenia e la depressione.
«La nuova tecnologia ha consentito di evidenziare, per la prima volta, il ruolo delle sotto-regioni dello striato coinvolte nel rilascio di dopamina durante specifici comportamenti», conclude De Vittorio, «Grazie a questo approccio, i ricercatori possono quindi avere una rappresentazione dinamica del segnale nervoso durante l’esecuzione di specifiche azioni, aggiungendo un importante tassello alle metodologie per studiare il sistema nervoso centrale e l’origine di disordini neurologici».
Altri autori del lavoro sono Filippo Pisano, Suk Joon Lee, Jaeeon Lee, Emanuela Maglie, Antonio Balena, Leonardo Sileo, Barbara Spagnolo, Marco Bianco, and Minsuk Hyun.
Nelle immagini allegate:
rappresentazione schematica di una fibra ottica rastremata che raccoglie segnale ottico da più neuroni contemporaneamente
la fibra ottica rastremata permette di raccogliere segnale ottico per l’intero spessore della corteccia cerebrale del cervello di topo.
