Prevenire l’insorgere di crisi epilettiche e passaggi repentini veglia-sonno: è l’obiettivo del progetto di ricerca Panacee, di cui è capofila il Dipartimento di Scienze Mediche, Chirurgiche e Neuroscienze dell’Università di Siena. Lo studio, tra i beneficiari del Bando Fas Salute della Regione Toscana, prevede vari step, ultimo dei quali la messa a punto di dispositivi indossabili a basso costo capaci di acquisire e analizzare i segnali dell’attività cerebrale per riconoscere con anticipo situazioni critiche e agire con le azioni più appropriate. Di epilessia, modificazioni della vigilanza e obiettivi del progetto Panacee abbiamo parlato con il responsabile scientifico dello studio, il professor Alessandro Rossi dell’Ateneo senese, che coordina il team di cui fanno parte anche il Dipartimento di Ingegneria dell’informazione e Scienze Matematiche dell’Università di Siena, l’Istituto di Fisiologia Clinica del CNR e la Facoltà di Fisica dell’Università di Pisa. 

 

Sia l’epilessia che le modificazioni della vigilanza (addormentamento) in condizioni in cui dovrebbe essere massima, come alla guida, hanno un costo sociale enorme. Oggi la prevalenza dell'epilessia nel mondo raggiunge circa l’1% della popolazione: significa che almeno un soggetto su 100 presenta epilessia; in Italia si stima che circa 500 mila persone siano affette da questa malattia. Restando sui numeri, la sonnolenza diurna alla guida è causa e/o concausa del 22% circa degli incidenti stradali. Questi incidenti “da sonno” hanno una mortalità più elevata degli altri (11.4% vs 5.6%) e nel 52% dei casi coinvolgono un veicolo pesante. Entrambe le condizioni, crisi epilettiche e addormentamento, sono alla base di incidenti sul lavoro. 

 

Il progetto di ricerca si propone di sviluppare metodologie basate sull’analisi dei segnali elettrofisiologici (ad esempio, EEG e ECG) per prevenire l’insorgere di crisi epilettiche e passaggi repentini veglia-sonno. Data la complessità del sistema neuronale da studiare, verranno utilizzate metodologie interdisciplinari che rientrano nell’analisi dei sistemi complessi e che, in particolare, prevedono l’impiego di modelli matematici spazio-temporali, l’analisi delle serie storiche non lineari e metodi di ottimizzazione e di apprendimento automatico. Tali approcci consentono, tra l’altro, di verificare la presenza di correlazioni tra i vari segnali fisiologici, non facilmente identificabili con approcci classici.

 

Il progetto si propone descrivere, rilevare e simulare cambiamenti di stato dell’attività cerebrale e di altri parametri biologici correlabili (frequenza cardiaca, pressione arteriosa, ecc…) proprio allo scopo di prevedere il verificarsi delle crisi epilettiche e il passaggio veglia-sonno con un anticipo tale da permettere di intraprendere azioni appropriate. Le metodologie sviluppate saranno implementate su appositi dispositivi indossabili o portatili a basso costo, in grado di acquisire dati, analizzarli, riconoscere anticipatamente situazioni critiche e intraprendere di conseguenza azioni appropriate per interrompere il fenomeno e per prevenire eventuali danni a persone e cose. Pensiamo, per esempio, all’infusione di farmaci, alla modulazione dell’attività di aree cerebrali o alla generazione di semplici segnali di allarme.

In primo luogo l’analisi dei dati elettrofisiologici avviene su più fronti mutualmente analizzati: la validazione di algoritmi di analisi degli EEG per il riconoscimento e la classificazione dei vari stadi (veglia, sonno, crisi epilettica e fase precritica); modelli matematici che simulino l’andamento dell’attività bioelettrica cerebrale da utilizzare nella predizione delle crisi e, infine, l’analisi correlata del segnale ECG in combinazione con i parametri neurofisiologici. Inoltre il progetto, come dicevo, ha come fine ultimo la realizzazione di un prototipo di dispositivo indossabile per la misurazione e analisi dei segnali bioelettrici, in grado di prevedere l'insorgere di crisi epilettiche e il passaggio tra stato di veglia e stato di sonno. 

 

Sono disponibili dispositivi assimilabili a quello proposto per la misura del segnale ECG, ma sono strumenti ad alto costo e possono essere utilizzati solo sotto la stretta osservazione del medico. Inoltre questi oggetti non danno la possibilità di inviare dati o di effettuare alcun tipo di pre-analisi in automatico. Il prototipo di strumentazione prevista per la misura del segnale EEG è invece del tutto innovativa, non esistono in commercio strumenti analoghi. In entrambi i casi, i dispositivi a cui stiamo lavorando presenteranno caratteristiche fino ad oggi non presenti sul mercato quali l’accessibilità (i prototipi verranno realizzati utilizzando tecnologie innovative a basso costo), filosofia open-source (i prototipi verranno realizzati seguendo istruzioni ripetibili da qualunque esperto del settore) e, infine, saranno strumenti indossabili.

 

Il partenariato vede coinvolto come capofila il Dipartimento di Scienze Mediche Chirurgiche e Neuroscienze dell’Università di Siena, che ha il compito di selezionare i soggetti che parteciperanno allo studio, fornire i dati elettrofisiologici, individuare e descrivere le crisi epilettiche e le modificazioni della vigilanza. Il Dipartimento di Ingegneria dell’informazione e Scienze Matematiche, sempre dell’Università di Siena, si sta occupando dell’applicazione delle varie metodiche di analisi, alcune delle quali non sono mai state valutate prima d’ora, mentre l’Istituto di Fisiologia Clinica del CNR Pisa e la Facoltà di Fisica dell’Università di Pisa stanno analizzando, sullo stesso set di dati, il contributo dei cambiamenti di atri parametri fisiologici, in particolare l’ECG, con strategie analitiche innovative.

Il ruolo cruciale delle imprese partecipanti - le tre toscane Liquidweb, Arsilicii e Aidilab - sarà quello di assemblare un prodotto che sia di basso costo e facilmente indossabile e che abbia installato “on board”TAGS: persone, ehealth, medical devices, imprese, ricerca, salute, Università di Pisa, Università di Siena, epilessia, Ifc-Cnr, Bando Fas "Salute" 2014, Fas salute, CNR, Bando FAS Salute, segnali elettrofisiologici, sonno, Panacee, dispositivi indossabili, articoloblog