Circuiti cerebrali: nuovo strumento per leggere l’attività dei neuroni

LECCE - Ci sono le competenze e l'impegno dei ricercatori salentini dietro il nuovo dispositivo nato nel solco della decennale collaborazione tra il Center for Biomolecular Nanotechnologies dell'Istituto Italiano di Tecnologia, l'Università del Salento e la Harvard Medical School di Boston.

Si tratta di uno strumento ibrido che consente lo studio dell'attività delle cellule nel cervello con un grado di precisione finora mai raggiunto e con un livello minimo di invasività: il dispositivo consiste in un sottilissimo ago di vetro (più sottile di un capello) attorno al quale è stato realizzato, grazie a un’innovativa tecnica di micro fabbricazione, un vero e proprio circuito elettrico. L’ago ha la funzione di trasmettere i segnali ottici alle cellule nervose al fine di stimolarle, mentre il circuito elettrico, nel quale sono inseriti dei micro-elettrodi, riesce a leggere e registrare il segnale generato nelle stesse cellule colpite dal fascio ottico, o in quelle a loro direttamente connesse.

Gli elettrodi accoppiati alla sonda permettono così di registrare il segnale neuronale con una definizione spaziale molto alta, addirittura a livello di singolo neurone. Ma il nuovo strumento è unico nel suo genere anche perché, a differenza di altre sonde in cui luce e elettrodi sono accoppiati, in questo la luce non va a interagire sul circuito elettrico: non si riscontra, cioè, il fenomeno conosciuto come rumore foto-elettrico, e il segnale registrato è quindi molto più “pulito”

Il dispositivo è stato validato da una ricerca coordinata da Ferruccio Pisanello, Massimo De Vittorio e Bernardo Sabatini, i cui risultati sono stati recentemente pubblicati su Nature Materials, una delle riviste scientifiche internazionali più rilevanti nel settore delle scienze dei materiali.

I primi firmatari del lavoro, Barbara Spagnolo, Antonio Balena e Marco Pisanello dell’IIT e Rui Peixoto di Harvard, hanno spiegato che la caratteristica fondamentale del dispositivo è la possibilità di stimolare e leggere l’attività nervosa su volumi estremamente ridotti, con pochissime interferenze: “Grazie all’alto grado di integrazione del sistema abbiamo potuto aumentare la qualità delle misure ad un livello finora impossibile da raggiungere, rendendo la metodologia finalmente utilizzabile per lo studio del cervello e delle sue patologie”.

Il professor Massimo De Vittorio, docente di Elettronica a UniSalento e coordinatore del Center for Biomolecular Nanotechnologies dell’Istituto Italiano di Tecnologia a Lecce, e il dottor Ferruccio Pisanello hanno sottolineato il fatto che “lo studio dell’interazione tra le cellule nel nostro cervello è essenziale per comprendere appieno il funzionamento dei circuiti cerebrali, e lo sviluppo di dispositivi per stimolare e leggere l’attività dei neuroni è la chiave che sta permettendo ai neuroscienziati di analizzare i meccanismi alla base dello scambio di segnali all’interno del sistema nervoso centrale”.

Il lavoro del gruppo di ricerca si sposta ora sulla fase sperimentale per comprendere l'applicazione del dispositivo in ambito medicale e sviluppare nuovi approcci per le patologie neurologiche e neuropsichiatriche. La ricerca è stata finanziata nell’ambito di progetti finanziati dall’Unione Europea (MODEM, NanoBright, DEEPER e IN DEPTH) e dai National Institutes of Health degli Stati Uniti.