Un impianto cerebrale ha aiutato un uomo con paralisi a camminare in modo più naturale.

Un sistema che ripristina la comunicazione tra il cervello e la spina dorsale ha permesso a un uomo paralizzato da una lesione al midollo spinale di tornare a camminare quasi naturalmente.

Dopo che l'attività cerebrale del paziente è stata decodificata, l'interfaccia cervello-spina dorsale ha impiegato pochi minuti per calibrarsi, dopodiché l'uomo ha riferito di avere il controllo naturale dei movimenti. Ha ancora bisogno di stampelle ma riesce a percorrere facilmente rampe e scale, superando i risultati ottenuti da precedenti trattamenti, riportano i ricercatori il 24 maggio su Nature.

"I risultati sono coerenti con ciò che speravo accadesse, il che è incoraggiante", dice V. Reggie Edgerton, fisiologo al Rancho Los Amigos National Rehabilitation Center di Downey, in California, che non è stato coinvolto nello studio. Per quanto riguarda il trattamento della paralisi del midollo spinale, dice: "siamo alla fase dei fratelli Wright e del volo".

Le lesioni del midollo spinale possono interrompere la comunicazione tra il cervello e la spina dorsale, causando la paralisi. Ricerche precedenti hanno dimostrato che la stimolazione dei nervi del midollo spinale può produrre movimento (SN: 8/3/22), ma questa è la prima volta che l'attività cerebrale del paziente è stata utilizzata per ripristinare il controllo volontario dei movimenti delle gambe.

Undici anni fa un incidente in bici ha lasciato Gert-Jan Oskam, 40, paralizzato con una lesione incompleta del midollo spinale. Cinque anni dopo si è iscritto a uno studio clinico che prevedeva l'impianto di un dispositivo nel midollo spinale che stimola i nervi che controllano i movimenti delle gambe. Oskam ha riacquistato la capacità di fare dei passi con un deambulatore, ma ciò implicava movimenti antinaturali del tallone, rilevati da sensori di movimento, per attivare i modelli di stimolazione nervosa pre-programmati. Aveva difficoltà ad avviare e arrestare il movimento e poteva camminare solo su superfici piane.

Il nuovo studio mirava a dare il controllo al cervello di Oskam. "Nonostante la stimolazione del [dispositivo nel midollo spinale] per tre anni, ha raggiunto un plateau nel suo recupero e si è interessato all'utilizzo della nuova stimolazione controllata dal cervello", dice Grégoire Courtine, neuroscienziato all'École Polytechnique Fédérale de Lausanne in Svizzera. "Così è diventato il nostro primo pilota di prova".

Courtine e i suoi colleghi hanno aggiunto un impianto cerebrale per creare un sistema che traduce il pensiero in movimento. Due matrici di elettrodi che si trovano sulla superficie del cervello registrano l'attività dal cortex sensorimotorio, una regione del cervello che aiuta a dirigere i movimenti muscolari. Questi segnali vengono inviati senza fili a un'unità di elaborazione che li converte in pattern di stimolazione, trasmessi all'impianto nel midollo spinale.

Dopo l'impianto, Courtine e i suoi colleghi hanno chiesto a Oskam di provare a muovere le articolazioni delle gambe mentre analizzavano l'attività cerebrale. Diversi pattern di attività hanno differenziato i movimenti dell'anca, del ginocchio e della caviglia, hanno scoperto i ricercatori, permettendo loro di mappare i segnali cerebrali ai movimenti intenzionati. Il team ha creato schemi di stimolazione mirati ai muscoli che controllano la discesa del peso, la spinta in avanti e il movimento delle gambe per riprodurre i movimenti del cammino. Durante l'uso, un algoritmo di intelligenza artificiale traduce i segnali cerebrali in segnali di comando appropriati per l'impianto nel midollo spinale.

I ricercatori hanno calibrato il sistema in modo che Oskam potesse controllare l'entità del movimento. "Questo porta a un modello di camminata più fluido", dice Courtine, aiutandolo ad adattare il posizionamento del piede e persino a salire le scale.

"La stimolazione prima mi controllava e ora sono io a controllarla", ha detto Oskam il 23 maggio durante una conferenza stampa.

Un programma di formazione di "neuro-riabilitazione" mentre si utilizza il dispositivo ha portato a miglioramenti nella mobilità anche quando l'interfaccia cervello-spina dorsale era spenta, hanno scoperto i ricercatori. "Questo suggerisce che si sono sviluppati nuovi collegamenti nervosi", afferma Courtine.

I ricercatori devono capire di più su come funziona questo recupero. "La domanda è: dove nel cervello si sta connettendo con dove nel midollo spinale? E non lo sappiamo realmente", dice Edgerton. "Dobbiamo capire come i due stanno lavorando insieme".

L'estensione del recupero di Oskam ha portato a miglioramenti nella qualità della vita, come il muoversi in casa in modo indipendente o stare in piedi al bar a bere con gli amici. "Questo è l'obiettivo di molte persone completamente paralizzate", dice Edgerton. "Stare in piedi al bar, guardare le persone negli occhi". Molti paralizzati danno priorità a altri problemi, come la funzione del bagno e la pressione sanguigna, ma questo studio mirava solo a ripristinare la mobilità.

Oskam usa il sistema da quasi due anni, dice Courtine, e l'impianto cerebrale è rimasto stabile e affidabile.

I ricercatori pensano che l'approccio funzionerà anche per altri pazienti, ma fanno notare che l'estensione del recupero può dipendere dalla gravità della lesione. "Dovete fare attenzione a calibrare le aspettative", dice Courtine. "Ma sono convinto che possiamo riprodurre lo stesso risultato, soprattutto in individui con lesioni incomplete del midollo spinale".

The team plans to apply the approach to the upper limbs too, neuroscientist Henri Lorach, also at the École Polytechnique Fédérale de Lausanne, said during the news conference. “We are initiating a clinical trial in three participants that will target these circuits.” It may also be possible to treat paralysis caused by stroke, the researchers say.

Courtine and colleagues developed a version of the system that Oskam could operate himself at home, but further improvements are still needed. The processing unit is bulky, for example, and the brain implant involves two 5-centimeter-wide cylinders that sit in holes cut in the skull.

Onward Medical, a Lausanne-based company cofounded by Courtine, is working on miniaturizing the brain implant and processing unit, Courtine says, to develop a commercial version that “is easy for patients to use in daily life.”

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