Neurotechnologies to Understand and Restore the Nervous System
Il sistema nervoso (centrale e periferico) raccoglie
informazioni dall’ambiente, le elabora e governa le azioni conseguenti. Interagire
con esso ha un enorme impatto per la comprensione, prevenzione, diagnosi e
terapia delle patologie neurologiche. Per interagire, sono fondamentali le
neurotecnologie. Occorre progettare dispositivi (microtrasduttori) per leggere
i segnali originati dal sistema nervoso e stimolare i neuroni (o piccole reti
di neuroni) opportunamente. Non si può poi fare a meno di modelli semplificati
di reti di neuroni ingegnerizzate in vitro a differenti livelli di
complessità (es. colture di neuroni, organoidi). Senza considerare poi modelli
matematici in silico come strumento ulteriore di reverese engineering;
così come il supporto dell’intelligenza artificiale grazie a nuovi algoritmi
bioispirati basati sulle neuroscienze. Quanto sopra porta a sviluppare
soluzioni tecnologiche per ripristinare le funzioni neurali compromesse, sia a livello
centrale (neuromodulazione come la deep brain stimulation) sia a livello
periferico (neuroprotesi impiantate) per interfacciare protesi e per facilitare
il riapprendimento e la neuroriabilitazione. Il presente volume contiene i
contributi di esperti italiani e internazionali afferenti non solo alla
bioingegneria ma anche a discipline affini, partecipanti alla XLIII Scuola
Annuale di Bioingegneria. Ne emerge un quadro altamente interdisciplinare e
sinergico, con una forte attenzione alle tematiche etiche interconnesse,
necessarie per affrontare le sfide della complessità del sistema nervoso.
The (central and
peripheral) nervous system collects information from the environment, processes
it and governs the resulting actions. Interacting with it has an enormous
impact on the understanding, prevention, diagnosis and therapy of neurological
diseases. To interact, neurotechnologies are essential. First of all, it is
necessary to design devices (microtransducers) to record the signals
originating from the nervous system and stimulate the neurons (or small
assemblies) appropriately. Simplified engineered in vitro models of
neuronal networks at different levels of complexity (e.g. neuron cultures,
organoids) are another essential tool. Without considering in silico mathematical
models as a further method for reverse engineering and the support of
artificial intelligence thanks to new bio-inspired algorithms based on
neuroscience. Thanks to the aforementioned neurotechnologies, it is feasible to
develop technological solutions to restore compromised neural functions, both
at a central level (neuromodulation such as deep brain stimulation) and at a
peripheral level (implanted neuroprostheses) to interface prostheses and
facilitate relearning and neurorehabilitation. This volume contains
contributions from Italian and international experts relating not only to
bioengineering but also to related disciplines, participating in the XLIII
Annual School of Bioengineering. A highly interdisciplinary and synergistic picture
emerges, with a strong attention to the interconnected ethical issues necessary
to face the challenges of the complexity of the nervous system.