Campi magnetici in grado di controllare a distanza le cellule cerebrali nei topi

Nuove ricerche dimostrano che utilizzando campi magnetici, gli scienziati possono attivare specifiche cellule cerebrali nei topi e farli correre, ruotare e fermarsi.

Un’immagine a luce trasmessa mostra le cellule (in verde) che vengono attivate da remoto utilizzando i campi magnetici. Le cellule cerebrali in questione erano localizzate nello striato, una regione del cervello dei topi che si ritiene controlli i movimenti. credit: Munshi et al, eLifeks

I campi magnetici sono stati usati per controllare alcune azioni dei topi, andando ad agire direttamente sulle cellule cerebrali.

Questo potrebbe aiutare gli scienziati a individuare i circuiti cerebrali specifici che gli animali utilizzano per determinati comportamenti, il che potrebbe a sua volta aiutare gli scienziati a individuare con maggiore precisione quali aree cerebrali sono coinvolte in quegli stessi comportamenti negli esseri umani, ha detto Arnd Pralle, biofisico presso l’ Università di Buffalo a New York.

L’obiettivo principale è quello di sviluppare strumenti che possano aiutare gli scienziati a studiare il cervello degli animali da laboratorio per vedere come codificano emozioni e comportamenti, ha detto Pralle a LiveScience. “Possiamo trasferire molto di questo anche a cervelli umani”, ha aggiunto.

Controllo del cervello

Gli scienziati hanno usato gli elettrodi impiantati per controllare il movimento e i pensieri delle scimmie, mentre altri hanno geneticamente ingegnerizzato i circuiti cerebrali che si accendono con un fascio di luce laser. Un esperimento del 2014 ha trovato che gli impianti cerebrali permettono anche ad una scimmia di controllare i movimenti di un’altra. Tuttavia, questi metodi comportano l’impianto nel cervello o di elettrodi o di cavi molto spessi. Ma queste modalità possono danneggiare gli animali, secondo Pralle, e comunque li tengono sempre collegati ad un cavo.

Nel frattempo la stimolazione magnetica transcranica è stata approvata dalla FDA per trattare la depressione che non è curabile tramite farmaci, ma agisce su una vasta area del cervello e non è orientata all’uso di specifiche reti. Tuttavia gli scienziati non capiscono ancora pienamente perché funzioni, ha detto Pralle.

Nello studio in corso, Pralle e i suoi colleghi hanno usato campi magnetici per attivare le cellule cerebrali individuali. Normalmente, i campi magnetici passano attraverso il tessuto biologico senza danneggiarlo, quindi il team aveva bisogno di un modo per tradurre la stimolazione magnetica in energia termica. Per raggiungere questo obiettivo hanno iniettato piccole nanoparticelle magnetiche che hanno trasformato i campi magnetici oscillanti in energia termica. Queste nanoparticelle si agganciano poi sulla superficie delle cellule cerebrali. Quando le cellule si riscaldano, i canali termosensibili dei neuroni si aprono, inondando i canali di ioni positivi (particelle cariche) e provocando l’attivazione dei neuroni. (Normalmente, i topi hanno pochissimi canali termosensibili nel cervello, quindi il team ha geneticamente ingegnerizzato i topi per trasportare questi canali).

Utilizzando questa tecnica, il team ha manipolato i movimenti specifici dei topi, facendoli girare, correre e persino congelare e perdere il controllo delle loro estremità.

La nuova tecnica ha dei vantaggi rispetto ad altri metodi per manipolare la funzione cerebrale negli animali, ha detto Pralle. Per esempio, il campo magnetico che usano opera su una più vasta regione del cervello, il che significa che si possono raggiungere regioni cerebrali separate allo stesso tempo. Nei primati, più regioni cerebrali devono spesso essere attivate per svolgere compiti specifici, ha aggiunto.

La tecnica, con l’uso di ingegneria genetica e nanoparticelle, non è destinata ad essere utilizzato nel cervello umano, e certamente non per manipolare o controllare la mente degli esseri umani, ha detto Pralle. Invece, indurre alcuni comportamenti negli animali è un modo per individuare le regioni cerebrali responsabili di questi compiti.

Un giorno la comprensione delle funzioni cerebrali ottenuta grazie agli animali potrebbe aiutare ad individuare i circuiti cerebrali necessari per trattare malattie come il Parkinson negli esseri umani, ha detto Pralle.

“Potremmo usare metodi diversi per stimolare il cervello”, ha detto Pralle. “Ma sapendo quale circuito fa che cosa, non devi andare a tentativi”.

I risultati sono stati pubblicati il 15 agosto nella rivista eLife.


Tradotto in Italiano. Articolo originale: LiveScience


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