Notizia

Aug 18, 2023

Indossabile, leggero

Scienziati e ingegneri ricevono un finanziamento per lo sviluppo di piccole imprese di Tamara Bhandari•25 maggio 2023 La tecnologia indossabile per l'imaging cerebrale mira a rivelare come funziona il cervello in situazioni naturali e realistiche.

Scienziati e ingegneri ricevono sovvenzioni per lo sviluppo di piccole imprese

di Tamara Bhandari•25 maggio 2023

La tecnologia indossabile di imaging cerebrale mira a rivelare come funziona il cervello in situazioni naturali e realistiche. I docenti della Washington University di St. Louis (da sinistra) Joseph P. Culver, PhD, (con in mano un pezzo di un prototipo di dispositivo di imaging), Jason Trobaugh, PhD, Ed Richter e Adam Eggebrecht, PhD, (non raffigurato) hanno ricevuto un sovvenzione del NIH per sviluppare e commercializzare una cuffia per l'imaging cerebrale che utilizza la luce LED per misurare l'attività cerebrale.

Capire cosa succede nella testa delle persone richiede in genere attrezzature enormi e costose e volontari disposti a trascorrere ore eseguendo compiti ripetitivi mentre si trovano all'interno di uno stretto tubo di metallo. I ricercatori della Washington University di St. Louis stanno lavorando a un’alternativa. Stanno sviluppando un berretto che può essere indossato mentre ci si muove normalmente e che genererà, utilizzando la potenza della luce, immagini ad alta risoluzione del cervello in azione. Il progetto è sostenuto da una sovvenzione per il trasferimento tecnologico di piccole imprese da parte del National Institutes of Health (NIH).

"La risonanza magnetica funzionale (fMRI) è il gold standard per l'imaging della funzione cerebrale, ma la fMRI è molto rumorosa e molto vincolante e ciò limita ciò che puoi fare", ha affermato Joseph P. Culver, PhD, professore di radiologia di Sherwood Moore presso il Mallinckrodt Institute of Radiology (MIR) della School of Medicine e il principale inventore della tecnologia. “La tecnologia indossabile per l’imaging cerebrale ci consentirebbe di studiare come le aree cerebrali lavorano insieme per risolvere compiti specifici e governare il comportamento in condizioni naturalistiche”.

Culver ha iniziato a progettare il primo strumento di tomografia ottica diffusa (HD-DOT) per l'imaging del cervello nel 2005. La tecnica utilizza sorgenti LED che irradiano luce infrarossa dall'esterno della testa, abbinate a rilevatori che misurano la luce che ritorna all'esterno. I segnali raccolti da ciascuna coppia sorgente-rivelatore contengono informazioni sul flusso sanguigno cerebrale locale. Posizionando molte fonti e rilevatori in una serie interlacciata ad alta densità attorno alla testa, i ricercatori possono mappare le dinamiche del sangue – un indicatore dell’attività cerebrale – in tutto il cervello. Recentemente, Culver e colleghi hanno dimostrato di poter utilizzare un cappuccio HD-DOT per rilevare i segnali cerebrali e quindi decodificarli per capire cosa vede una persona.

Le sovvenzioni per il trasferimento tecnologico per piccole imprese sono progettate per aiutare le piccole imprese a portare innovazioni accademiche sul mercato in collaborazione con istituti di ricerca. Questa sovvenzione è stata assegnata a EsperImage, una startup della Washington University fondata da Culver insieme ad Adam Eggebrecht, PhD, professore associato di radiologia presso MIR, e Jason Trobaugh, DSc, e Ed Richter, entrambi professori di ingegneria elettrica e di sistema presso McKelvey Scuola di Ingegneria. I quattro lavorano insieme sulla tecnologia HD-DOT da più di un decennio.

I ricercatori immaginano il berretto come uno strumento di ricerca per i neuroscienziati cognitivi. Tali scienziati studiano come l’attività cerebrale, misurata dai sistemi di neuroimaging, si collega al complesso funzionamento cognitivo della mente. Ad esempio, gli scienziati potrebbero utilizzare un berretto di questo tipo per immaginare il cervello dei bambini mentre parlano e interagiscono liberamente con chi si prende cura di loro. Ciò ci aiuterebbe a saperne di più su come le reti linguistiche nel cervello si sviluppano e contribuiscono all’acquisizione del linguaggio normale o anormale.

I dispositivi HD-DOT di prima generazione pesano centinaia di chili. Un partecipante sedeva su una sedia fissa e indossava un auricolare collegato a un banco di dispositivi elettronici delle dimensioni di una cassettiera. Il prototipo attuale pesa 8 libbre, più una fonte di energia che può essere inserita in uno zaino. L'obiettivo è ridurre il peso del casco a 4 libbre, ovvero il peso di un casco da football.

Il progetto funzionante richiede un cappuccio tempestato di 288 sensori ottici noti come optodi, sotto forma di piccole scatole color rame delle dimensioni del pollice di un adulto. Ogni optodo contiene una sorgente luminosa, un rilevatore e otto piccoli circuiti che funzionano insieme come un minuscolo computer. In totale, 72 minicomputer sono collegati a una rete digitale attraverso il cap e i loro dati collettivi vengono trasmessi tramite Wi-Fi a un computer centrale che acquisisce, analizza e visualizza i dati.