Bio-robot e chip per la memoria umana. Un vero prototipo non fantasie

Biorobot e chip per la memoria umana: strumenti di un futuro molto vicino
Ingegneria e biologia si incontrano ancora una volta (mai sentito parlare di nanosonde?), anzi due dato che due sono le notizie a riguardo di cui oggi tratto.

1) Alla University of Illinois, sita a Urbana una cittadina nei pressi di Chicago, sono "nati" dei robot che si muovono grazie a  … cellule muscolari scheletriche.

I bio-robot di Urbana sono piccoli dispositivi (diametro inferiore al cm), flessibili e in idrogel, che utilizzano il connubio tra cellule muscolari viventi, impulsi elettrici e supporto di sostegno per muoversi in diverse direzioni e a diversa velocità.

In estrema sintesi gli scienziati possono guidare questi piccoli cyborg grazie agli impulsi elettrici che passano dal supporto "robotico" direttamente alla cellula muscolare. Quest'ultima, in modo non così diverso da quanto avviene nel corpo dove lo stimolo elettrochimico che controlla il miocita origina dalla giunzione neuro-muscolare (quindi da una terminazione nervosa), si contrarrà generando un movimento sulla falsa riga di quello che avviene nel complesso muscolo-osso-tendine.

Variando la frequenza degli impulsi elettrici si varia anche la velocità di movimento del robot.

Il disegno mostra una cellula muscolare (rosso) intrappolata tra i connettori/zampe del robot.

Quale l'utilizzo potenziale di questo bio-robot?
In ambito medico potrebbe essere usato sia durante gli interventi chirurgici che per il drug delivery, ma pensando in grande non è difficile visualizzare protesi estremamente evolute.
Ma non è tutto.
Potrebbero rappresentare una nuova generazione di robot multi-task molto più efficienti (energicamente e funzionalmente) di quelli attuali, totalmente meccanici.

Carmel Majidi, professore di robotica presso la Carnegie Mellon e non coinvolto nel lavoro, ne è entusiasta; tra le possibilità da lui immaginate quella di realizzare robot "morbidi" modellati su forme di medusa o di polpo, organismi tra i più versatili ed efficienti nel loro ambiente.
Al di fuori del campo medico il potenziale di utilizzo di questi robot spazia da operazioni di ricerca e soccorso in caso di catastrofe naturale a esplorazioni subacquee e in generale per qualsiasi altro compito che implichi muoversi all'interno di spazi ristretti.

Di seguito un video dimostrativo

Fonte

- Muscle-powered bio-bots walk on command

  news.illinois.edu/news

- Three-dimensionally printed biological machines powered by skeletal muscle 

  Caroline Cvetkovic et al,  PNAS (2014), 111 (28) 10125-10130;

2) Altro istituto di eccellenza e altra innovazione.

Presso il Lawrence Livermore National Laboratory sta per nascere un dispositivo che una volta impiantato in un cervello (sia malato che sano) potrà, questa la promessa, aiutare la memoria. 

Il concetto base è "semplice". La memoria altro non è che il risultato di una serie di connessioni sinaptiche. Tanto maggiore è l'intensità esperienziale (o il numero di volte che questo evento/fatto è stato richiamato alla memoria) tanto maggiore sarà il numero di connessioni sinaptiche dedicate. Eventi traumatici o malattie possono causare la riduzione nel numero dei neuroni coinvolti o anche solo delle connessioni attive, cosa che determina la perdita parziale o completa della memoria retrograda o della capacità di formare nuove memorie (memoria anterograda).

 Il chip avrebbe quindi la funzione di continuare a stimolare i neuroni in modo da consolidare le connessioni e/o a ripristinare collegamenti deboli e quindi assenti per il nostro Io cosciente. Ho sottolineato "Io cosciente" dato che il non ricordarsi di un evento non vuol dire che di questo evento non sia rimasta traccia nella nostra memoria profonda.
L'esempio più classico è quello della ipnotizzazione usata in psichiatria per fare affiorare ricordi apparentemente cancellati ma la cui esistenza è provata dalla loro capacità di condizionare pesantemente il comportamento della persona. Senza entrare in ambito patologico possiamo vedere un esempio di questo in ognuno di noi. Ad esempio quando proviamo la sensazione di avere già visto una insegna ma non ci ricordiamo dove, almeno fino al momento in cui non interviene un altro stimolo associativo in grado di ricreare la connessione. O ancora la capacità che hanno alcuni odori o sapori, indifferenti per altre persone, di evocare in noi sensazioni piacevoli (o spiacevoli); sensazioni tipicamente associate ad esperienze infantili (ad esempio la cucina della nonna) ma poi scomparse dalla memoria consapevole.

Chiaramente una memoria è recuperabile (anche guardando al miglioramento futuro delle tecnologie mediche dedicate) SE esiste una certa integrità strutturale e grazie alla ridondanza dei meccanismi che creano la memoria. In altri termini è recuperabile se esiste traccia di essa. Se al contrario i danni sono troppo estesi o semplicemente sono scomparse le connessioni specifiche, questo approccio non porterà ad alcun beneficio.

Un caso estremo è quello dell'Alzheimer. In questa malattia i sintomi cominciano a manifestarsi almeno una decina di anni dopo che il processo degenerativo è iniziato. Quando i danni superano una certa soglia (tipicamente danni molto estesi) e l'ippocampo è colpito, viene perso il motore che rende possibile la formazione di nuove memorie. Con l'interessamento delle zone via via più periferiche (corteccia e neocorteccia) tenderanno a rimanere solo i ricordi più antichi (vedi qui per uno schema della progressione della malattia).

E' evidente che una volta persa un determinato gruppo di connessioni, il ricordo sarà perso per sempre e nessun chip potrà mai ricrearlo.

Il chip servirà, in assenza di danni estesi, per stimolare i neuroni facilitando sia la fissazione di nuovi ricordi che il consentire l’accesso a quelli passati. Non solo. La stimolazione e decodifica degli impulsi, sarebbe particolarmente utile per i problemi legati a trauma cranico, fasi iniziali del morbo di Alzheimer ed epilessia.
Per vedere quante delle speranze associate a questo chip potranno essere tradotte in realtà bisognerà aspettare alcuni anni. I primi test clinici sono previsti per il 2017.
Vale la pena ricordare che questo lavoro è stato reso possibile dagli ingenti finanziamenti forniti dal Pentagono, particolarmente interessato ai danni post-traumatici e, perchè no, in un lontano futuro anche a ricavare le informazioni memorizzate dai futuri agenti segreti.

Prima di scandalizzarsi per questo interesse dei militari conviene ricordare che internet è nato da un progetto esclusivamente militare  (gestito dall'ARPA, il sistema di difesa americano) e che i costi associati per questo genere di sperimentazioni sono totalmente fuori dalla portata di università o anche di aziende importanti (che non possono permettersi di investire al buio). Vale anche la pena ricordare che esperimenti del genere sono di sicuro già operativi in Cina e Russia (e forse anche in India) ma di questi non sapremo mai nulla. Quindi, vale la pena sfruttare al meglio la trasparenza occidentale perché ogni dato che emergerà da questi studi venga dirottata il prima possibile ad uso civile/medico.

Per ulteriori informazioni visualizzare il link alla notizia ufficiale.

Fonte

- DARPA taps Lawrence Livermore to develop world's first neural device to restore memory

  Lawrence Livermore National Laboratory, news