LE LUCI LAMPEGGIANTI E IL RUMORE ROSA POTREBBERO BANDIRE L'ALZHEIMER

Le luci lampeggianti e il rumore rosa potrebbero bandire l'Alzheimer

migliorare la memoria e altro ancora

Nel marzo 2015, Li-Huei Tsai ha allestito una piccola discoteca per alcuni dei topi nel suo laboratorio. Per un'ora ogni giorno, li mise in una scatola illuminata solo da una luce strobo tremolante. I topi che erano stati ingegnerizzati per produrre placche del peptide amiloide-β nel cervello (un segno distintivo della malattia di Alzheimer), strisciavano curiosamente.

Quando Tsai, in seguito, dissezionò i topi che avevano partecipato alle mini dance, i livelli di placca erano significativamente più bassi rispetto ai topi che avevano passato lo stesso tempo al buio.

Li-Huei Tsai è una neuroscienziato del Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Cambridge, afferma di aver controllato il risultato e di averlo controllato di nuovo.

"Per molto tempo, non ci credevo", dice. La sua squadra era riuscita a liberare l'amiloide da una parte del cervello con una luce tremolante.

Lo strobo è stato sintonizzato su 40 hertz ed è stato progettato per manipolare le onde cerebrali dei roditori, innescando una serie di effetti biologici che hanno eliminato le proteine ​​che formano la placca.

Sebbene risultati promettenti nei modelli murini della malattia di Alzheimer siano notoriamente difficili da replicare negli esseri umani, l'esperimento ha offerto alcune possibilità allettanti.

"Il risultato è stato così sbalorditivo e così robusto che è stato necessario un pò di tempo per l'idea di affondare, ma sapevamo che dovevamo trovare un modo per provare la stessa cosa negli umani", dice Tsai.

Gli scienziati hanno identificato le ondate di attività elettrica che increspano costantemente il cervello quasi 100 anni fa, ma hanno faticato ad assegnare a queste oscillazioni un ruolo definitivo nel comportamento o nella funzione cerebrale.

Gli studi hanno fortemente legato le onde cerebrali al consolidamento della memoria durante il sonno e li hanno implicati nell'elaborare input sensoriali e persino nel coordinare la coscienza. Eppure non tutti sono convinti che le onde cerebrali siano così significative.

"In questo momento non sappiamo davvero cosa fanno", dice Michael Shadlen, neuroscienziato della Columbia University di New York.

Lo studio di Tsai è stato il primo assaggio di una risposta cellulare alla manipolazione delle onde cerebrali. "I suoi risultati sono stati davvero una grande sorpresa", dice Walter Koroshetz, direttore dell'Istituto nazionale statunitense per i disordini neurologici e l'ictus di Bethesda, nel Maryland. "È una nuova osservazione che sarebbe davvero interessante da perseguire".

Un'onda potente

Le onde cerebrali furono notate per la prima volta dallo psichiatra tedesco Hans Berger,che nel 1929 pubblicò un articolo che descriveva le ondate ripetute di corrente che osservava quando posava gli elettrodi sul cuoio capelluto delle persone.

È stata la prima registrazione al mondo di elettroencefalogramma (EEG), ma nessuno ha notato molto.

Berger era una figura controversa che aveva trascorso gran parte della sua carriera cercando di identificare le basi fisiologiche dei fenomeni psichici. Fu solo dopo che i suoi colleghi cominciarono a confermare i risultati diversi anni dopo che l'invenzione di Berger fu riconosciuta come una finestra sull'attività cerebrale.

I neuroni comunicano usando impulsi elettrici creati dal flusso di ioni all'interno e all'esterno di ogni cellula. Sebbene un singolo neurone che spara non possa essere raccolto attraverso gli elettrodi di un elettroencefalogramma, quando un gruppo di neuroni spara ancora e ancora in sincronia, si manifesta come ondulazioni elettriche oscillanti che attraversano il cervello.

Quelli di più alta frequenza sono le onde gamma, che vanno da 25 a 140 Hertz. 

Le persone spesso mostrano molto questo tipo di attività quando sono al massimo della concentrazione. All'altra estremità della scala ci sono le onde delta, che hanno la frequenza più bassa - circa 0,5 a 4 hertz. Questi tendono a verificarsi nel sonno profondo (vedi "Ritmi della mente" - Rhythms of the mind).

H. Marzbani, H. Marateb & M. Mansourian

Basic Clin. Neurosci. 7 (2016)

Ad un certo punto nel tempo, un tipo di onda del cervello tende a dominare, sebbene altre bande siano sempre presenti in una certa misura. Gli scienziati si sono a lungo interrogati su quale scopo, se del caso, questo hum hum di attività serve, e alcuni indizi sono emersi negli ultimi trent'anni.

Per esempio, nel 1994, le scoperte nei topi indicavano che i diversi modelli di attività oscillatoria durante il sonno rispecchiavano quelli durante un precedente esercizio di apprendimento. Gli scienziati hanno suggerito che queste onde potrebbero aiutare a consolidare i ricordi.

Anche le onde cerebrali sembrano influenzare la percezione cosciente.

Randolph Helfrich dell'Università della California, Berkeley, ei suoi colleghi hanno escogitato un modo per migliorare o ridurre le oscillazioni gamma di circa 40 hertz usando una tecnica non invasiva chiamata stimolazione transcranica della corrente alternata (tACS).

Modificando queste oscillazioni, erano in grado di influenzare se una persona percepiva un video di punti in movimento mentre viaggiava in verticale o in orizzontale.

Le oscillazioni forniscono anche un potenziale meccanismo per come il cervello crea un'esperienza coerente dalla sinfonia caotica di stimoli che colpiscono i sensi in qualsiasi momento, un puzzle noto come "problema vincolante".

Sincronizzando i tassi di attivazione dei neuroni che rispondono allo stesso evento, le onde cerebrali potrebbero garantire che tutte le informazioni pertinenti relative a un oggetto arrivino nella zona corretta del cervello esattamente nel momento giusto.

Coordinare questi segnali è la chiave per la percezione, dice Robert Knight, un neuroscienziato cognitivo dell'Università della California, a Berkeley, "Non puoi solo pregare che si auto-organizzino".

Oscillazioni sane

Ma queste oscillazioni possono essere interrotte in certi disturbi, ad esempio nel morbo di Parkinson, quando il cervello inizia generalmente a mostrare un aumento delle onde beta nelle regioni motorie quando il movimento del corpo diventa compromesso.

In un cervello sano, le onde beta vengono soppresse poco prima di un movimento del corpo.

Ma nella malattia di Parkinson, i neuroni sembrano rimanere bloccati in uno schema sincronizzato di attività, portando a difficoltà di rigidità e movimento.

Peter Brown, che studia il morbo di Parkinson presso l'Università di Oxford, nel Regno Unito, afferma che i trattamenti attuali per i sintomi della malattia (stimolazione cerebrale profonda e levodopa del farmaco) potrebbero funzionare riducendo le onde beta.

Le persone con malattia di Alzheimer mostrano una riduzione delle oscillazioni gamma.

Così Li-Huei Tsai e altri si chiedevano se l'attività delle onde gamma potesse essere ripristinata e se ciò avrebbe avuto qualche effetto sulla malattia.

Hanno iniziato usando optogenetica, in cui le cellule cerebrali sono progettate per rispondere direttamente a un lampo di luce. Nel 2009, il team di Tsai, in collaborazione con Christopher Moore, al tempo al MIT, ha dimostrato per la prima volta che è possibile utilizzare la tecnica per guidare le oscillazioni gamma in una parte specifica del cervello del mouse.

Tsai e i suoi colleghi hanno successivamente scoperto che armeggiare con le oscillazioni mette in moto una serie di eventi biologici. Inizia cambiamenti nell'espressione genica che causano la microglia - cellule immunitarie nel cervello - per cambiare forma. Le cellule essenzialmente entrano in modalità scavenger, consentendo loro di smaltire meglio il disordine dannoso nel cervello, come l'amiloide-β.

Koroshetz afferma che il legame con la neuroimmunità è nuovo e sorprendente.

"Il ruolo delle cellule immunitarie come la microglia nel cervello è incredibilmente importante e poco compreso, ed è una delle aree più calde per la ricerca ora", dice.

Se la tecnica dovesse avere una qualche rilevanza terapeutica, comunque, Tsai e i suoi colleghi, così i ricercatori si sono rivolti alle luci stroboscopiche. Hanno iniziato esponendo i giovani topi con una propensione per l'accumulo di amiloide a luci LED tremolanti per un'ora. Ciò ha creato una caduta nell'amiloide fluttuante, ma era temporaneo, della durata inferiore alle 24 ore e limitato alla corteccia visiva.

Per ottenere un effetto più duraturo sugli animali con placche amiloidi, hanno ripetuto l'esperimento per un'ora al giorno nel corso di una settimana, questa volta usando topi più vecchi in cui le placche avevano cominciato a formarsi.

Ventiquattro ore dopo la fine dell'esperimento, questi animali hanno mostrato una riduzione del 67% della placca nella corteccia visiva rispetto ai controlli. Il team ha anche scoperto che la tecnica riduceva la proteina tau, un'altra caratteristica della malattia di Alzheimer.

Tuttavia, le placche di Alzheimer tendono ad avere i primi impatti negativi sull'ippocampo, non sulla corteccia visiva. Per suscitare oscillazioni dove sono necessarie, Tsai e i suoi colleghi stanno studiando altre tecniche. Giocare ai roditori con un rumore da 40 hertz, ad esempio, sembra causare una diminuzione dell'amiloide nell'ippocampo, forse perché il campus dell'ippocampo si trova più vicino alla corteccia uditiva che alla corteccia visiva.

Tsai e il suo collega Ed Boyden, un neuro-scienziato del MIT, hanno ora costituito una società, la Cognito Therapeutics di Cambridge, per testare trattamenti simili negli esseri umani. L'anno scorso hanno iniziato una prova di sicurezza, che prevede di testare un dispositivo di illuminazione tremolante, indossato come un paio di occhiali, su 12 persone con Alzheimer.

I caveat abbondano. Il modello murino del morbo di Alzheimer non è un riflesso perfetto del disturbo e molte terapie che hanno dimostrato la promessa nei roditori hanno fallito negli esseri umani. "Ero solito dire alla gente - se hai intenzione di prendere il morbo di Alzheimer, prima diventare un topo", dice Thomas Insel, neuroscienziato e psichiatra che ha guidato l'Istituto Nazionale di Salute Mentale a Bethesda, nel Maryland, dal 2002 al 2015.

Altri stanno anche cercando di testare come manipolare le onde cerebrali potrebbe aiutare le persone con la malattia di Alzheimer. "Pensavamo che lo studio di Tsai fosse eccezionale", afferma Emiliano Santarnecchi alla Harvard Medical School di Boston, nel Massachusetts. La sua squadra aveva già usato il TAC per stimolare il cervello e si chiedeva se poteva suscitare effetti più forti di uno stroboscopio lampeggiante.

"Questo tipo di stimolazione può indirizzare le aree del cervello in modo più specifico rispetto alla stimolazione sensoriale - dopo aver visto i risultati di Tsai, è stato un gioco da ragazzi che dovremmo provarlo nei pazienti di Alzheimer".

Il suo team ha iniziato uno studio clinico precoce in cui dieci persone con malattia di Alzheimer ricevono il TAC per un'ora al giorno per due settimane.

Una seconda prova, in collaborazione con Boyden e Tsai, cercherà segnali di microglia attivata e livelli di proteina tau. I risultati sono attesi da entrambi gli studi entro la fine dell'anno.

Knight afferma che gli studi sugli animali di Tsai mostrano chiaramente che le oscillazioni hanno un effetto sul metabolismo cellulare - ma se lo stesso effetto sarà visto nell'uomo è un'altra questione. "Alla fine, sono i dati che vinceranno", dice.

Gli studi possono rivelare anche dei rischi.

Le oscillazioni gamma sono il tipo più probabile per indurre convulsioni in persone con epilessia fotosensibile, afferma Dora Hermes, neuroscienziata presso la Stanford University in California.

Ricorda un famoso episodio di un cartone giapponese che mostrava luci tremolanti rosse e blu, che inducevano crisi epilettiche in alcuni spettatori. "Così tante persone hanno visto quell'episodio che c'erano quasi 700 visite extra al pronto soccorso quel giorno."

Un impulso cerebrale

Ciononostante, c'è chiaramente una crescente eccitazione nel trattare le malattie neurologiche usando la neuromodulazione, piuttosto che i farmaci-ceutici. "Ci sono prove abbastanza buone che modificando l'attività del circuito neurale possiamo ottenere miglioramenti nel Parkinson, nel dolore cronico, nel disturbo ossessivo-compulsivo e nella depressione", afferma Insel.

Dopo aver pubblicato la carta del mouse, dice Boyden, ha avuto un diluvio di richieste da parte dei ricercatori che volevano utilizzare la stessa tecnica per trattare altre condizioni. Ma ci sono molti dettagli da risolvere. "Abbiamo bisogno di capire qual è il modo più efficace e non invasivo di manipolare le oscillazioni in diverse parti del cervello", dice.

"Forse sta usando la luce, ma forse è un cuscino intelligente o una fascia che potrebbe indirizzare queste oscillazioni usando elettricità o suono." Uno dei metodi più semplici che gli scienziati hanno trovato è il neurofeedback, che ha mostrato un certo successo nel trattare una serie di condizioni , tra cui ansia, depressione e disturbo da deficit di attenzione e iperattività.

Le persone che usano questa tecnica sono insegnate a controllare le loro onde cerebrali misurandole con un EEG e ottenendo un feedback sotto forma di segnali visivi o audio.

Phyllis Zee, neurologa della Northwestern University di Chicago, nell'Illinois, e i suoi colleghi hanno trasmesso impulsi di "rumore rosa" - frequenze audio che insieme suonano un po 'come una cascata - a adulti più anziani sani mentre dormivano. Erano particolarmente interessati a suscitare le oscillazioni del delta un miglioramento del 25-30% nel richiamo delle coppie di parole apprese la sera prima, rispetto a un trattamento falso. Il suo team è a metà di una sperimentazione clinica per vedere se la stimolazione acustica a lungo termine potrebbe aiutare le persone con lieve deficit cognitivo.

Qualunque sia il loro ruolo, Tsai vuole soprattutto disciplinare le onde cerebrali e sfruttarle contro le malattie. Cognito Therapeutics ha appena ricevuto l'approvazione per una seconda prova più ampia, che esaminerà se la terapia ha

qualche effetto sui sintomi della malattia di Alzheimer. Nel frattempo, il team di Tsai si sta concentrando sulla comprensione di più sugli effetti biologici a valle e su come indirizzare meglio l'ippocampo con tecnologie non invasive.

Per Tsai, il lavoro è personale. Sua nonna, che l'ha allevata, è stata colpita dalla demenza. "La sua faccia confusa ha lasciato un segno profondo nella mia mente", dice Tsai.

 "Questa è la più grande sfida della nostra vita, e darò tutto ciò che ho."