Ultrasuoni al cervello: nuova opportunità terapeutica?

16 May 2013

Le tecniche di stimolazione cerebrale non invasiva idonee alle condizioni mentali e neurologiche comprendono la stimolazione magnetica transcranica (TMS) per la depressione, e la stimolazione (elettrica) transcranica a corrente continua (tDCS), che dimostrano di migliorare la memoria.

Anche la stimolazione ecografica transcranica (TUS) dimostra risultati promettenti e sono in corso esperimenti per trattare con questa tecnica traumi cerebrali, Alzheimer e disturbi da stress post-traumatico.

Gli ultrasuoni (ecografia) sono vibrazioni meccaniche, tipo suoni, ma con frequenze molto maggiori rispetto al limite superiore dell'udito umano, da circa 20 mila a 20 milioni di cicli al secondo (da 20 kilohertz a 20 megahertz). Le vibrazioni ultrasoniche penetrano il tessuto corporeo, comprese le ossa, e sono molto utilizzate per visualizzare le strutture anatomiche tramite effetti di eco, ad esempio vedere i bambini non ancora nati nel grembo materno, e gli organi, i vasi sanguigni, i nervi e le altre strutture nella pratica medica.

Praticamente ogni parte del corpo, compreso il cervello, è visualizzato in modo sicuro con gli ultrasuoni ad intensità da bassa a moderata. Gli ultrasuoni focalizzati ad alta intensità possono danneggiare il tessuto mediante riscaldamento e cavitazione, e sono usati per l'asportazione mediante ablazione di tumori e altre lesioni. Gli ultrasuoni 'sub-termici' possono stimolare in modo sicuro il tessuto neurale.

Nel 2002 un gruppo dell'UCLA guidato da Alexander Bystritsky ha notato effetti collaterali benefici nei pazienti psichiatrici il cui cervello era stato visualizzato con TUS. Un team guidato da W. Jamie Tyler del Virginia Tech ha visto cambiamenti comportamentali ed elettrofisiologici indotti da TUS negli animali. Un gruppo di Harvard guidato da SS Yoo ha usato gli ultrasuoni focalizzati puntati sulla corteccia motoria del topo per agitare la coda dell'animale. Ma mancavano finora studi clinici di TUS che punta a stati mentali umani.

Ora, in un articolo sulla rivista Brain Stimulation, un gruppo dai Dipartimenti di Anestesiologia e Radiologia del Medical Center dell'Università dell'Arizona di Tucson, ha verificato la modulazione della TUS per gli stati mentali in uno studio pilota condotto su volontari umani che soffrono di dolore cronico. Hanno usato un dispositivo clinico di scansione ad ultrasuoni (General Electric LOGIQe, nella foto in alto), con la sonda ecografica applicata al cuoio capelluto sovrastante la corteccia temporale e frontale del cervello (visibile sullo schermo di imaging). In ordine casuale, ogni soggetto ha ricevuto due applicazioni da 15 secondi: finte (placebo) o ultrasuoni a 8 megahertz (non rilevabili dai soggetti).

Dopo l'esposizione, i soggetti hanno segnalato (su scale analogiche visive) un significativo miglioramento dell'umore sia dopo 10, che dopo 40 minuti dalla TUS, ma non dopo quella finta / placebo. In un seguito dello studio (condotto da Jay Sanguineti e John JB Allen, psicologi della University of Arizona) i risultati preliminari suggeriscono che una TUS a 2 megahertz (che attraversa il cranio più facilmente) può essere più efficace nel miglioramento dell'umore, rispetto alla TUS a 8 megahertz.

Il meccanismo con cui la TUS può influenzare gli stati mentali è sconosciuto (come lo è il meccanismo con cui il cervello produce gli stati mentali). Tyler ipotizza che la TUS agisce via stiramento vibrazionale delle membrane neuronali e/o della matrice extracellulare, ma due recenti studi del gruppo di Anirban Bandyopadhyay dell'Istituto Nazionale di Scienza dei Materiali (NIMS) di Tsukuba in Giappone (Sahu et al. [2013] Appl. Phys. Letts 102, 123701; Sahu et al [2013] Biosensors and Bioelectronics 47:141) hanno suggerito un'altra possibilità.

Il gruppo del NIMS ha usato la nanotecnologia per studiare le proprietà conduttive dei singoli microtubuli, polimeri di proteine di tubulina (la proteina più diffusa del cervello). Come componenti principali del citoscheletro neuronale, i microtubuli crescono ed estendono i neuroni, formano e regolano le sinapsi, sono interrotti nell'Alzheimer, e sono teoricamente legati alla elaborazione delle informazioni, alla codifica della memoria e agli stati mentali. Il gruppo di Bandyopadhyay del NIMS ha scoperto che i microtubuli hanno notevoli proprietà conduttive elettroniche quando sono eccitati a certe specifiche frequenze di risonanza, ad esempio a pochi megahertz, proprio la gamma della TUS.

Il dottor Stuart Hameroff, autore principale del nuovo studio sulla TUS, scrive: "Questo suggerisce che la TUS può stimolare le risonanze a megahertz naturali nei microtubuli cerebrali, migliorando non solo l'umore e gli stati mentali coscienti, ma forse anche le funzioni dei microtubuli nella plasticità sinaptica, la crescita e la riparazione dei nervi. Abbiamo in programma ulteriori studi con TUS su traumi cerebrali, Alzheimer e disturbi da stress post-traumatico. 'Mettere a punto i tubuli' può aiutare in diversi stati mentali e disturbi cognitivi".

Fonte: Center for Consciousness Studies, University of Arizona, Anesthesiology, via Newswise.

Riferimento: Stuart Hameroff, Michael Trakas, Chris Duffield, Emil Annabi, M. Bagambhrini Gerace, Patrick Boyle, Anthony Lucas, Quinlan Amos, Annemarie Buadu, John J. Badal. Transcranial Ultrasound (TUS) Effects on Mental States: A Pilot Study. Brain Stimulation, 2013; 6 (3): 409 DOI: 10.1016/j.brs.2012.05.002.

Pubblicato in Science Daily il 15 Maggio 2013 (> English version) - Traduzione di Franco Pellizzari.

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