Le innovazioni scientifiche sfruttano il rumore e l’acustica per la guarigione

Dallo stetoscopio originale, inventato più di 200 anni fa, alle sfuggenti onde gravitazionali, il suono si è riverberato nella storia dei progressi tecnologici e scientifici.
Oggi, il ruolo del suono nella scienza si estende oltre la gamma delle frequenze udibili: gli ultrasuoni e altre onde acustiche silenziose si sono fatte strada nel repertorio dei ricercatori, aiutandoli a spingere i confini della medicina convenzionale e della ricerca.

Trasformare il fastidioso in vantaggio
Niente provoca irritazione allo stesso modo di una zanzara in agguato. Ma il suo ronzio acuto può effettivamente aiutare a frenare i picchi nelle popolazioni di zanzare e, cosa più importante, le malattie che trasmettono agli umani. Questa, almeno, è la premessa alla base della nuova app di Manu Prakash, Abuzz per identificare ed etichettare digitalmente le specie di zanzare in base ai loro ronzii. La sua visione: costruire un “paesaggio sonoro” che mappi la posizione globale di questi voraci vettori e fornisca dettagli sulle malattie che possono portare. Può sembrare complicato, ma Prakash afferma che tutto ciò di cui ha bisogno è una base di utenti accaniti con accesso ai cellulari.
“Il nostro obiettivo è mettere i dati nelle mani della gente del posto e delle organizzazioni sanitarie pubbliche che si concentrano sull’eliminazione della malattia delle zanzare”, afferma Prakash. “Vogliamo che questo fornisca dettagli sull’ecologia delle zanzare – specie, malattie associate, in modo che possa essere un sistema di sensibilizzazione e allerta mondiale per le zanzare portatrici di malattie”. Naturalmente, popolare una tale mappa richiederà tempo e molti utenti.

Abuzz, utilizza un software per determinare se il rumore registrato è davvero una zanzara, non una mosca domestica, un jet distante o un altro impostore. Quindi, confronta la registrazione con un database di diversi ronzii di zanzara e cerca di trovare una corrispondenza. “La cosa bella di Abuzz è che non si limita solo alle zanzare. In questo momento, stiamo valutando se possiamo utilizzare questo metodo per identificare le api malate rispetto a quelle sane”.

Coreografia acustica
Le cellule del cuore sono tra le più dense del corpo: circa 100 milioni si inseriscono in uno spazio delle dimensioni di una zolletta di zucchero. La struttura compatta stipa le cellule così vicine che possono comunicare tra loro e battere come un grumo. Per gli ingegneri dei tessuti, questo rappresenta un ostacolo difficile: impacchettare le cellule troppo strettamente e alcune non riceveranno i nutrienti adeguati; troppo liberamente e non riescono a coordinare un battito. Il cardiologo Sean Wu, stava sondando il problema quando ha incontrato Utkan Demirci, un bioingegnere acustico e professore di radiologia. “Utkan ha sollevato l’idea che potremmo usare l’acustica per imballare le cellule molto densamente e mantenere ancora la capacità di controllare e sintonizzare la loro organizzazione”. L’idea di Demirci sfrutta un tipo di segnale acustico che crea onde di Faraday, che risultano da una perturbazione fisica all’interfaccia tra liquido e aria. Le onde causano increspature nel liquido e anche tutto ciò che galleggia nel liquido si muove. Utkan Demirci e Sean Wu usano l’acustica per manipolare le cellule del cuore in schemi intricati. Un semplice cambiamento di frequenza e ampiezza mette in movimento le cellule, le guida in una nuova posizione e le mantiene in posizione.

Una sinfonia nel cervello
Mentre ascoltava un quartetto d’archi su registrazioni di onde di plasma catturate nello spazio e convertite in suono, il neurologo Josef Parvizi, ha immaginato una sinfonia tutta sua. Se riesci a trasformare i segnali dallo spazio in suoni, forse potresti trasformare anche le onde cerebrali in suoni, pensò.

Così Parvizi ha inviato un’e-mail inaspettata a Christopher Chafe, un compositore esperto nella conversione di set di dati atipici in musica, e ha spiegato la sua visione. Parvizi, professore di neurologia, descrive cosa è successo dopo: “Un pazzo professore di musica e un pazzo neurologo hanno deciso di collaborare a una strana idea”.
Dopo diversi anni di raffinamento, l’idea si è sviluppata in qualcosa che Parvizi ha soprannominato lo stetoscopio cerebrale.

Lo strumento, che non è invasivo e sembra una fascia antisudore, si aggancia alla testa di una persona e ascolta i segnali elettrici del cervello. Con la semplice pressione di un pulsante, quei segnali vengono convertiti in suono che viene trasmesso da un piccolo altoparlante collegato alla fascia. Il pensiero è che i medici possano “sentire” il tono del cervello, in particolare se c’è un attacco. Si scopre che la differenza udibile tra un cervello in crisi e un cervello normale è abbastanza netta; quasi chiunque può sentirlo. Parvizi afferma che ora c’è una scorta di prove che dimostrano che le crisi epilettiche silenziose prolungate sono dannose per il cervello, specialmente nei bambini, il cui cervello è ancora in via di sviluppo.
Nel maggio 2017, la FDA ha dato il via libera all’invenzione di Parvizi e da allora ha testato le capacità dello stetoscopio in diversi ospedali, trovando risultati incoraggianti.

Potenziare la medicina impiantabile
Metti due chicchi di riso uno accanto all’altro e hai quasi replicato le dimensioni di un chip medico di nuova generazione ideato da Amin Arbabian, assistente professore di ingegneria elettrica. Il chip è un dispositivo impiantabile, come un pacemaker o uno stimolatore nervoso, ma si distingue per il modo in cui è alimentato, non da batterie o cavi, ma dal suono.
Il chip può cambiare la sua funzione per soddisfare diverse esigenze biologiche. Le sue varie modalità sono controllate dalla stessa cosa che lo alimenta. “Gli ultrasuoni sono sia una fonte di alimentazione che un modo per comunicare con il dispositivo”, afferma Arbabian.

Un minuscolo modulo, chiamato Harvester, si trova sul chip e converte le onde ultrasoniche in energia elettrica. Trasmettendo impulsi di ultrasuoni al chip, Arbabian può inviare comandi codificati, come il codice Morse. “Possiamo, ad esempio, istruirlo per iniziare a monitorare un determinato parametro, come la pressione sanguigna, o incanalare un impulso elettrico per stimolare un nervo o innescare il rilascio preciso di un farmaco in una particolare posizione”.

Nei pazienti con ipertensione, ad esempio, l’impianto monitorerebbe le arterie. Se il chip rilevasse un aumento della pressione sanguigna, somministrerebbe un farmaco per aiutare a ridurre la pressione. “C’è ancora molto lavoro da fare”, afferma Arbabian. “Ma ci sono molte ragioni per essere fiduciosi.”