La prima immagine di un essere umano è un’immagine a ultrasuoni dal grembo materno. Ma gli ultrasuoni possono fare molto di più: i fisioterapisti li usano da tempo per riscaldare i tessuti del corpo e i medici oncologi utilizzano gli ultrasuoni ad alta intensità e il calore che generano all’interno del corpo per distruggere i tumori.
Da una decina d’anni gli scienziati stanno anche studiando come gli ultrasuoni a bassa intensità possano essere utilizzati per influenzare in modo specifico l’attività nervosa del cervello. I primi studi clinici stanno già verificando se tale neuromodulazione possa alleviare i sintomi del morbo di Alzheimer, dell’epilessia o dei tremori nei pazienti affetti da tremore.
I ricercatori del Politecnico di Zurigo, dell’Università di Zurigo e della New York University sono ora riusciti a migliorare la neuromodulazione a ultrasuoni nel cervello. Gli scienziati hanno sviluppato un dispositivo con il quale, per la prima volta, è possibile stimolare contemporaneamente tre o fino a cinque punti del cervello definiti con precisione, come dimostrano in uno studio. In precedenza, ciò era possibile solo in misura limitata e con una precisione molto minore.
"Il cervello funziona in rete. È quindi più facile stimolare o attenuare una rete cerebrale se lo si fa in più punti contemporaneamente", spiega Daniel Razansky. Professore al Politecnico di Zurigo e all’Università di Zurigo, ha condotto il lavoro insieme a un collega della New York University.
Attraverso la calotta cranica Con questa tecnica, la neuromodulazione avviene attraverso la calotta cranica. Il dispositivo viene puntato sulla testa. Si tratta di un metodo non invasivo: non è necessario alcun intervento chirurgico.
I ricercatori hanno effettuato la neuromodulazione su topi in laboratorio. A tal fine, hanno posizionato la testa dei topi sotto una cuffietta autocostruita con diverse centinaia di trasduttori a ultrasuoni. utilizzando una sofisticata elettronica di controllo, questi trasduttori generano brevi impulsi di ultrasuoni in modo tale che le onde ultrasonore nel cervello si annullino o si amplifichino a vicenda. Il principio è paragonabile a quello di un ologramma, un’immagine tridimensionale creata dall’interazione di onde luminose. Nel nuovo metodo sviluppato dai ricercatori di Zurigo e New York, i singoli punti focali vengono creati sovrapponendo molte onde ultrasonore.
Modulando le reti cerebrali in più punti contemporaneamente, i ricercatori possono lavorare con ultrasuoni meno intensi rispetto alla modulazione in un singolo punto. "Meno intensi sono gli ultrasuoni, più sicuri sono per il cervello", spiega Razansky. I precedenti tentativi di neuromodulazione a ultrasuoni soffrivano spesso di un effetto "tutto o niente": gli ultrasuoni troppo deboli non avevano effetto, mentre un’intensità troppo forte portava a un’eccitazione incontrollata dell’intero cervello, con il rischio di danneggiarlo. Inoltre, gli ultrasuoni intensi possono causare danni vascolari o portare al surriscaldamento del cranio o del cervello.
Influenza meccanica sulle proteine Gli implussi di ultrasuoni a bassa intensità hanno effetti a breve termine, tra cui un breve aumento della temperatura nell’area focale. Inoltre, si pensa che influenzino anche le proteine a forma di canale sulla superficie delle cellule nervose che controllano il trasporto di ioni dentro e fuori le cellule. I ricercatori devono ancora studiare in dettaglio quali meccanismi contribuiscono alla stimolazione o all’attenuazione delle cellule nervose e in che misura.
Il nuovo metodo consente inoltre non solo di stimolare le reti cerebrali, ma anche di visualizzare questa stimolazione mediante immagini. I ricercatori possono verificare immediatamente quali reti hanno stimolato.
Lo studio più recente, che i ricercatori hanno pubblicato sulla rivista Nature Biomedical Engineering, è servito a sviluppare la tecnologia e non era ancora finalizzato ad alcuna applicazione medica.
Esperimenti sugli animali per Poiché l’autorità è attualmente sotto pressione politica e non fornisce più finanziamenti all’estero, i ricercatori non sono attualmente in grado di continuare la collaborazione nello stesso quadro, spiega Razansky. Tuttavia, egli vorrebbe continuare al meglio con altre fonti di finanziamento.
In seguito, i ricercatori vogliono concentrarsi sulle applicazioni e testare la tecnologia in esperimenti sugli animali su varie malattie. Le possibili applicazioni mediche includono l’Alzheimer, il tremore e l’epilessia, nonché la depressione, il Parkinson e la terapia post-ictus. "Per la nostra ricerca ci affidiamo agli animali", sottolinea Razansky. "Non sarebbe possibile ricercare tali sviluppi nell’uomo in una fase così precoce. Prima di tutto, dobbiamo imparare a controllare la procedura e garantire che sia sicura ed efficace per il trattamento delle malattie cerebrali"
Il gruppo di Razansky è specializzato nello sviluppo di ultrasuoni e metodi di imaging, aspetti ingegneristici e analisi dei dati. I colleghi di New York hanno contribuito con la loro esperienza nel campo delle neuroscienze. Lo sviluppo del dispositivo e gli esperimenti si sono svolti a Zurigo.
Letteratura di riferimento
Estrada H, Chen Y, Lemaire T, Davoudi N, Özbek A, Parduzi Q, Shoham S, Razansky D: La neuromodulazione olografica a ultrasuoni transcranici aumenta l’efficacia della stimolazione reclutando in modo cooperativo circuiti cerebrali distribuiti. Nature Biomedical Engineering 2025, doi: 10.1038/s41551-025-01449-x
