I medici hanno impiantato elettrodi nella colonna vertebrale di tre pazienti paralizzati, grazie ai quali ora possono stare in piedi, camminare, nuotare, andare in bicicletta o in canoa e altro ancora. Lo sviluppo è un complesso di elettrodi flessibili controllati in modalità wireless tramite un tablet. Il paziente seleziona il tipo di attività sul tablet, dopodiché i segnali corrispondenti vengono inviati attraverso gli elettrodi al midollo spinale, attivando il movimento degli arti.
La tecnologia si chiama stimolazione elettrica epidurale (EES). Gli elettrodi vengono posti nello spazio tra la colonna vertebrale e il midollo spinale, dopodiché, secondo il comando impartito, le fibre nervose vengono attivate selettivamente. Grazie a ciò, è possibile imitare i segnali naturali del sistema nervoso che entrano negli arti dal cervello. L'EES si è dimostrato molto bene in materiabilitazione e ripristino delle funzioni motorie nei pazienti paralizzati. Ad esempio, nel 2017 è stato pubblicato su Scientific Reports uno studio che mostra come un paziente è stato in grado di muovere nuovamente le gambe dopo aver utilizzato l'EES insieme a un programma di allenamento speciale.
I ricercatori hanno preso come base l'esperienza già esistente con l'EES e l'hanno modernizzata. Sono stati sviluppati due programmi: con l'aiuto di uno, gli scienziati hanno leggermente rivisto la posizione degli elettrodi, con l'aiuto del secondo hanno fornito una rapida impostazione dei comandi di stimolazione per attività specifiche che riproducevano l'attivazione naturale dei motoneuroni durante varie attività .
L'immagine sopra mostra una base flessibile (barra) con 16 elettrodi, sviluppata dagli autori durante lo studio. A sinistra c'è la nuova barra, a destra c'è la versione precedente, che è stata utilizzata nel 2017. Prima dell'installazione, i medici eseguono TC e risonanza magnetica per personalizzare la posizione degli elettrodi. Sulla loro base, è stato creato un atlante anatomico tridimensionale della sezione della colonna vertebrale, dove è prevista l'installazione degli elettrodi: una sezione della colonna vertebrale da T10 a L5.
Successivamente, i dati ottenuti sono stati analizzati attraverso 15 modelli computazionali. Hanno mostrato che è necessaria un'ulteriore personalizzazione del posizionamento degli elettrodi e hanno aggiunto più dati alla simulazione sul movimento delle gambe e sui processi che si verificano in risposta a un segnale alle gambe dal sistema nervoso. In totale hanno partecipato allo studio tre persone, e per ognuna di esse è stato compilato un atlante personalizzato con un proprio modello. Come ha dimostrato la pratica, i modelli personalizzati hanno mostrato tassi significativamente più elevati rispetto a quelli generali. Per consentire il controllo remoto dei neuroni, gli autori hanno integrato il generatore di impulsi impiantabile Activa RC con moduli di comunicazione wireless. Activa RC è stata impiantata nella cavità addominale e ad essa sono stati collegati degli elettrodi.
Durante gli esperimenti, i muscoli estensori sono stati alimentati con una corrente pulsata con una frequenza di 20 Hz, i flessori - 100 Hz. All'inizio, il paziente era in posizione supina per facilitare la messa a punto. I ricercatori hanno quindi iniziato a sperimentare combinazioni di attivazione dei neuroni per ricreare i modelli di attivazione naturale dei neuroni durante la deambulazione. Sorprendentemente, il primo giorno, tutti e tre i partecipanti sono stati in grado di camminare sul tapis roulant da soli. Dopo un'ulteriore ottimizzazione del modello, l'andatura è diventata più sicura già il terzo giorno. Tutti i pazienti si sono spostati con il supporto di dispositivi speciali come i deambulatori.
Alla fine, tre partecipanti allo studio hanno completato un programma di neuroriabilitazione di 5 mesi durante il quale l'EES ha permesso loro di stare in piedi, camminare ed eseguire un'ampia gamma di esercizi quattro o cinque volte a settimana. Gli autori hanno sviluppato per loro un'interfaccia software semplificata, che ha permesso di passare da un programma di stimolazione dipendente dall'attività e di mettere a punto i parametri chiave di questi programmi. Gli ausiliari sono stati dotati di pulsanti dal design ergonomico che avviano i programmi EES a piacimento.
Tutti i partecipanti hanno gradualmente riacquistato la piena capacità di carico, con conseguente capacità di stare in piedi in modo indipendente (usando un deambulatore). Un partecipante ha persino riguadagnato la capacità di salire le scale e navigare su terreni difficili. Grazie all'EES e all'esercizio, i pazienti hanno riacquistato massa muscolare negli arti paralizzati, il che ha migliorato significativamente i risultati della terapia.
I risultati dello studio possono essere letti in .epdf - La neuromodulazione del midollo spinale dipendente dall'attività ripristina rapidamente le funzioni motorie del tronco e delle gambe dopo una paralisi completa.
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