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BioRobotica: inventato il tatto artificiale con polpastrello bionico Innovazione, STAMP - Università

Pisa – Diventa sempre più chiaro il rapporto fra cervello ed elaborazione degli stimoli tattili, che contribuiscono a comprendere e decodificare il mondo esterno. Una ricerca congiunta tra Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa e Facoltà di Medicina dell’Università di Lund (Svezia), pubblicata oggi 4 aprile sulla rivista Scientific Reports, svela un meccanismo fondamentale per l’elaborazione degli stimoli tattili nel cervello.

Le potenziali future applicazioni biomedicali di questa scoperta sull’uomo vanno dallo sviluppo di più sofisticate e funzionali neuroprotesi (sistemi che decodificano i segnali del cervello e li trasmettono ai motori di un arto robotico per sostituire un arto amputato e in contemporanea inviano segnali nervosi al cervello per restituire il senso del tatto),alla comprensione della genesi di malattie neurologiche, allo sviluppo di modelli per verificare l’entità di danni neurologici, per stimare l’avanzare di malattie neurodegenerative.

 Le due istituzioni universitarie italiane e svedesi hanno unito le forze per capire come il cervello elabora l’esperienza del tatto. I risultati delle ricerche, condotte su modelli animali, hanno gettato una nuova luce sull’elaborazione dei segnali tattili sensoriali da parte del cervello e sulla conseguente formazione della rappresentazione del mondo esterno.

 Questa scoperta, pubblicata oggi, è stata ottenuta con il supporto del Ministero degli Affari Esteri e della Cooperazione Internazionale e del Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca, del Consiglio delle Ricerche Svedese e della Commissione Europea.

 Per l’Italia, i risultati saranno ulteriormente applicati dalla Scuola Superiore Sant’Anna grazie ai progetti di ricerca in corso con Inail e Regione Toscana, per sviluppare nuove protesi robotiche, in grado di restituire alla persone amputate la sensazione del tatto, o robot in grado di rendere ancora più preciso e rapido il rilevamento tattile di tumori durante operazioni chirurgiche.

Utilizzando un dito bionico, in grado di restituire con il suo polpastrello il senso del tatto in maniera artificiale, il gruppo italo-svedese è riuscito a generare sensazioni tattili artificiali, trasmesse alle terminazioni nervose della pelle, imitando così il comportamento dei recettori nervosi che si trovano sui polpastrelli. Le analisi della risposta a questi stimoli da parte della corteccia cerebrale somatosensoriale (la corteccia cerebrale specializzata anche nell’elaborazione degli impulsi tattili) hanno rivelato come i neuroni elaborino i segnali in arrivo dalla periferia del corpo per rappresentare nel nostro cervello l’interazione con il mondo esterno, proprio attraverso il tatto.

Parte dell’efficacia di questa rappresentazione deriva dalla sorprendente ricchezza del profilo temporale della risposta dei singoli neuroni, e parte deriva dall’eterogeneità della popolazione neuronale: la collaborazione tra i neuroni, specializzati nel trasmettere determinati stimoli, permette la corretta e completa rappresentazione del mondo esterno grazie all’elaborazione che avviene nel cervello.

Nel dettaglio, lo studio è stato condotto dall’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna, con la direzione scientifica dei bioingegneri Calogero Oddo e Silvestro Micera, e dall’Università di Lund, con la direzione scientifica di Henrik Jörntell. Questi scienziati sono i responsabili dei progetti di ricerca internazionali e nazionali che hanno supportato lo studio, con finanziamenti dal Ministero degli Affari Esteri e della Cooperazione Internazionale – Direzione generale per la promozione del sistema Paese (Economia, Cultura e Scienza) – Unità per la cooperazione Scientifica e Tecnologica –  e da parte del Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca, attraverso il progetto di ricerca bilaterale SensBrain e il progetto nazionale PRIN/HandBot.

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