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Teschio trasparente stampato in 3D offre una finestra sul cervello
Le immagini mostrano l'intera superficie corticale del topo 6 e 36 settimane dopo l'impianto dello See-shell. Fonte: Ghanbari et. al.
Ricercatori dell'Università del Minnesota hanno sviluppato un impianto esclusivo di teschi trasparenti con stampa 3D per topi, che offre l'opportunità di osservare l'attività dell'intera superficie del cervello in tempo reale.
Il dispositivo consente una ricerca fondamentale sul cervello che potrebbe fornire nuove informazioni sulle condizioni del cervello umano come le commozioni cerebrali, l'Alzheimer e il Parkinson. La ricerca è pubblicata su Nature Communications e i ricercatori prevedono anche di commercializzare il dispositivo, che chiamano See-Shell.
"Stiamo cercando di vedere se riusciamo a visualizzare e interagire con ampie parti della superficie del cervello del topo, chiamata corteccia, per lunghi periodi di tempo. Questo ci fornirà nuove informazioni su come funziona il cervello umano", ha detto Suhasa Kodandaramaiah PhD, assistente professore di ingegneria meccanica dell'Università del Minnesota e coautore dello studio. "Questa tecnologia ci consente di vedere la maggior parte della corteccia in azione, con controllo e precisione senza precedenti, mentre si stimolano alcune parti del cervello".
In passato, la maggior parte degli scienziati ha osservato piccole regioni del cervello e ha cercato di capirle in dettaglio. Tuttavia, i ricercatori stanno ora scoprendo che ciò che accade in una parte del cervello probabilmente influisce allo stesso tempo su altre sue parti.
Uno dei primi studi ad usare il dispositivo See-Shell esamina come lievi commozioni cerebrali in una parte del cervello interessino altre parti mentre si riorganizza strutturalmente e funzionalmente. Kodandaramaiah ha detto che il cervello dei topi è molto simile per molti aspetti a quello umano e questo dispositivo apre la porta a ricerche simili sui topi che esaminano le malattie degenerative del cervello umano, come l'Alzheimer o il Parkinson.
La tecnologia consente per la prima volta ai ricercatori di vedere i cambiamenti globali con una risoluzione temporale senza precedenti. In un video prodotto usando il dispositivo, le variazioni di luminosità del cervello del topo corrispondono a crescite e cali dell'attività neurale. I lampi sottili sono periodi in cui tutto il cervello diventa improvvisamente attivo. I ricercatori stanno ancora cercando di capire la ragione di tale attività globale coordinata e cosa significa per il comportamento.
"Questi sono studi che non potremmo fare negli esseri umani, ma sono estremamente importanti nella nostra comprensione di come funziona il cervello, per migliorare i trattamenti per le persone che soffrono di lesioni o malattie cerebrali", ha detto Timothy J. Ebner MD/PhD, co-autore dello studio, professore e Capo del Dipartimento di Neuroscienze dell'Università del Minnesota.
Per realizzare la See-Shell, i ricercatori hanno scansionato digitalmente la superficie del cranio del topo e hanno poi usato i dati per creare un cranio artificiale trasparente che ha gli stessi contorni del cranio originale. Con un intervento chirurgico preciso, la parte superiore del cranio del topo è stata sostituita con quella artificiale trasparente, stampata in 3D. Il dispositivo consente ai ricercatori di registrare l'attività cerebrale simultaneamente mentre visualizza l'intero cervello in tempo reale.
Un altro vantaggio di questo dispositivo è che il corpo del topo non ha rigettato il trapianto, il che significa che i ricercatori sono riusciti a studiare lo stesso cervello del topo per diversi mesi. Studi su topi per diversi mesi consentono ai ricercatori di studiare l'invecchiamento cerebrale in un modo che richiederebbe decenni negli esseri umani.
"Questo nuovo dispositivo ci consente di osservare l'attività cerebrale al livello più piccolo, ingrandendo i neuroni specifici, ottenendo nel contempo una visione d'insieme di gran parte della superficie del cervello nel tempo", ha detto Kodandaramaiah. "Sviluppare il dispositivo e mostrare che funziona è solo l'inizio di ciò che saremo in grado di fare per far avanzare la ricerca sul cervello".
Fonte: University of Minnesota (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.
Riferimenti: Leila Ghanbari, Russell E. Carter, Mathew L. Rynes, Judith Dominguez, Gang Chen, Anant Naik, Jia Hu, Md Abdul Kader Sagar, Lenora Haltom, Nahom Mossazghi, Madelyn M. Gray, Sarah L. West, Kevin W. Eliceiri, Timothy J. Ebner & Suhasa B. Kodandaramaiah. Cortex-wide neural interfacing via transparent polymer skulls. Nature Communications, 2 Apr 2019, DOI: 10.1038/s41467-019-09488-0
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