Approcci biomedici ottici per la stimolazione ed il monitoraggio dell'attività cerebrale

IL’utilizzo della luce per lo studio del cervello ha principalmente riguardato lo sviluppo di tecniche di imaging, la fotonica ed i suoi principi sono state utilizzate negli ultimi anni manipolare, stimolare e studiare l’attività di cellule cerebrali. Lo scopo di questo lavoro di tesi è quello di passare in rassegna in modo critico i più recenti risultati ottenuti nella modulazione attivazione di attività di cellule neurali attraverso approcci e tecniche che prevedono l’utilizzo della luce. Le tecniche di stimolazione o modulazione mediante luce più importanti sono: l’optogenetica, l’uso di molecole fotosensibili e l’uso della radiazione infrarossa. L’optogenetica consiste nell’indurre modifiche genetiche in specifici neuroni tramite microiniezioni di vettori virali contenenti transgeni, i quali, una volta integrati nel genoma dei neuroni, andranno ad esprimere proteine fotosensibili. La tecnica che utilizza molecole fotoattive consiste principalmente nell’iniettare neurotrasmettitori legati a molecole che li rendono attivi solo sotto la stimolazione della luce. La radiazione infrarossa, che attraverso protocolli di stimolazione a differenti frequenze è in grado di indurre depolarizzazione o iperpolarizzazione neuronale, senza la necessità di modificare geneticamente o chimicamente le cellule, ma sfruttando il surriscaldamento transiente che avviene a livello della membrana cellulare Concludendo gli approcci descritti mostrano come la luce possa essere un metodo fisico innovativo non soltanto per l’imaging del cervello ma anche per la sua modulazione con elevata risoluzione spaziale e temporale, efficacia e versatilità e sicurezza. Tuttavia, l’assorbimento della luce puo’ causare effetti di fotodanneggiamento o modulazione incontrollata delle cellule. D’altra parte gli strumenti tecnologici che possano consentire di rilasciare la luce al cervello in modo controllato e guidato sono ancora limitati. In questo senso approcci ibridi di fotonica ed elettronica sono in fase di studio