Padova inaugura la prima facility italiana OPM-MEG per lo studio del cervello

Il Padova Neuroscience Center (PNC) dell’Università degli Studi di Padova, inaugura la prima facility italiana di magnetoencefalografia con magnetometri a pompa ottica (OPM-MEG), una tecnologia avanzata per comprendere come gli oltre 80 miliardi di neuroni del cervello comunicano in tempo reale tra loro nei processi cognitivi e nelle malattie.

«La nuova facility OPM-MEG rappresenta un investimento strategico per il nostro Ateneo e un passaggio importante nel rafforzamento del posizionamento dell’Università di Padova nel panorama internazionale della ricerca nelle neuroscienze» afferma Daniela Mapelli, rettrice dell’Università di Padova «. Si tratta di una tecnologia avanzata che consente di studiare il cervello con livelli di precisione e flessibilità senza precedenti, permettendo di osservare in tempo reale l’attività neuronale e aprendo nuove prospettive nella comprensione dei processi cognitivi e delle patologie neurologiche.
Questa infrastruttura si inserisce in un percorso più ampio, fondato sull’integrazione tra competenze e ambiti disciplinari diversi, e testimonia la capacità del nostro Ateneo di sviluppare ricerca interdisciplinare, attrarre progettualità di alto profilo e contribuire in modo concreto all’avanzamento della conoscenza e alle sue applicazioni cliniche».

«Questa infrastruttura rappresenta un passo importante per il PNC e l’Ateneo, consentendo di studiare il cervello con qualità, risoluzione temporale e flessibilità senza precedenti e dimostrando il valore dell’integrazione tra competenze e infrastrutture avanzate per la ricerca e le applicazioni cliniche. Grazie a sensori indossabili posizionati vicino alla testa, il sistema» dice Alessandra Bertoldo, Direttrice del Padova Neuroscience Center «consente misurazioni di altissima qualità anche durante il movimento del soggetto. Questo rende possibile lo studio di popolazioni difficili da esaminare con tecnologie tradizionali, inclusi bambini e neonati».
Le applicazioni riguardano patologie come epilessia, Alzheimer, disturbi del movimento e patologie psichiatriche. Le attività si collocano in un contesto di integrazione tra ambiti diversi, dalla medicina alle scienze del comportamento fino alle discipline tecnico-scientifiche.

«La OPM-MEG completa, insieme al progetto RMN 7T che si realizzerà nei prossimi due anni, un parco di tecnologie per la ricerca assolutamente unico nel panorama nazionale delle neuroscienze e altamente competitivo a livello internazionale» conclude Maurizio Corbetta, Direttore della Clinica Neurologica e responsabile scientifico dei progetti OPM-MEG e RMN 7T «. Si tratta di un percorso iniziato diversi anni fa, con la fondazione del PNC nel 2017, e guidato dalla visione di una ricerca fortemente interdisciplinare capace di integrare competenze di ingegneria, fisica, matematica, psicologia e medicina».
La realizzazione della facility è stata resa possibile anche grazie al contributo del progetto PNRR EBRAINS Italy, collocando l’Università di Padova tra i pochi centri europei dotati di questa tecnologia all’avanguardia.

Che cos'è un sistema OPM-MEG

Un sistema OPM-MEG è una tecnologia avanzata di magnetoencefalografia che registra l’attività cerebrale in tempo reale misurando i campi magnetici, estremamente deboli, generati dai neuroni durante la loro attività. L’acronimo indica la magnetoencefalografia con magnetometri a pompa ottica, sensori di nuova generazione che consentono di osservare con grande precisione come il cervello comunica e si attiva nei diversi processi cognitivi.

Rispetto ai sistemi MEG tradizionali, basati su sensori superconduttori criogenici, gli OPM sono più piccoli, portatili e non richiedono raffreddamento a temperature molto basse. Possono quindi essere collocati direttamente vicino al cuoio capelluto, migliorando la sensibilità della misura e la qualità del segnale. Questa caratteristica permette anche di studiare l’attività cerebrale in condizioni più naturali e, in alcuni casi, durante il movimento del soggetto.

L’OPM-MEG combina la rapidità temporale dell’elettroencefalogramma con una maggiore precisione nella localizzazione dell’attività cerebrale. Non sostituisce la risonanza magnetica funzionale, ma la integra, offrendo una lettura dinamica e in tempo reale dei processi neuronali. La facility del Padova Neuroscience Center dell’Università di Padova è la prima installata in Italia e si colloca tra le poche infrastrutture di questo tipo già attive in Europa, accanto a quelle di Barcellona, Zurigo e Atene.

Perchè è importante per le neuroscienze

Alta risoluzione temporale e spaziale
L'OPM-MEG offre una combinazione unica di precisione in millisecondi (come l’EEG) e una migliore localizzazione spaziale rispetto a metodi elettrofisiologici tradizionali. Questo è cruciale per studiare le dinamiche dell’attività cerebrale nei processi cognitivi, sensoriali e motori.

Misure più vicine alla corteccia
Gli OPM possono essere montati su caschi personalizzati e flessibili, che seguono la forma della testa. Ciò permette di ridurre la distanza tra sensore e cervello (rispetto ai 2-3 cm dei sistemi MEG tradizionali), con un miglioramento della qualità del segnale e dell’accuratezza nella localizzazione delle sorgenti corticali.

Accessibilità e mobilità
L’assenza di criogenia rende l’OPM-MEG più accessibile economicamente e più facile da installare anche in ambienti clinici o di ricerca non specializzati. Inoltre, apre la possibilità a registrazioni su soggetti in movimento, ad esempio durante compiti naturali o interazioni sociali, impensabili con la MEG convenzionale.

Applicazioni cliniche e di ricerca
La sua capacità di tollerare i movimenti della testa, di raggiungere una sensibilità e specificità maggiore in corteccia rispetto a tecniche fMRI e EEG, e di consentire misurazioni durante il movimento naturale apre nuove possibilità per la ricerca e le applicazioni cliniche in una più ampia gamma di pazienti, inclusi bambini e individui con disturbi del movimento.

Schizofrenia: La schizofrenia è associata a gravi deficit cognitivi e funzionali, legati ad alterazioni delle oscillazioni neurali, in particolare nella banda gamma. Queste oscillazioni, che dipendono da circuiti GABAergici e recettori NMDA, risultano ridotte nei pazienti e anche in individui ad alto rischio clinico di sviluppare psicosi (CHR-P). Le tecniche elettrofisiologiche come EEG e MEG sono state utilizzate per studiare tali alterazioni, ma i sistemi OPM-MEG offrono vantaggi significativi: migliore rapporto segnale-rumore, possibilità di rilevare l’attività di strutture profonde (ippocampo, cervelletto), maggiore tolleranza al movimento e costi inferiori. Tutti questi fattori rendono l’OPM-MEG uno strumento promettente per la diagnosi precoce e lo studio della fisiopatologia della schizofrenia.

Alzheimer: La malattia di Alzheimer è caratterizzata da deficit cognitivi progressivi associati ad alterazioni delle oscillazioni neurali, in particolare nelle bande alfa, beta, delta e theta. Queste alterazioni si riscontrano anche in soggetti con deterioramento cognitivo lieve (MCI), fase precoce e a rischio di sviluppare l'Alzheimer. La MEG a riposo si sta rivelando un potenziale biomarcatore precoce, ma la MEG tradizionale (SQUID) è poco adatta a pazienti anziani con limitata tolleranza al movimento. I sistemi OPM-MEG, invece, grazie alla loro tolleranza al movimento e migliore accessibilità, offrono un'alternativa promettente per studiare l'Alzheimer anche in coorti più ampie e meno collaborative.

Parkinson: I disturbi del movimento come Parkinson e distonia mostrano alterazioni delle oscillazioni neurali, soprattutto nei gangli della base, osservate grazie alla DBS. Oscillazioni beta, gamma e a bassa frequenza si associano a specifici sintomi motori. Tuttavia, le tecniche non invasive (EEG, SQUID-MEG) hanno difficoltà a rilevare con precisione queste dinamiche, soprattutto in aree profonde come cervelletto e gangli della base. Gli OPM-MEG, grazie alla maggiore flessibilità e tolleranza al movimento, offrono registrazioni più accurate anche durante movimenti involontari e permettono un migliore accesso a regioni cerebrali sensoriali e profonde. Questo potrebbe rivoluzionare lo studio dei disturbi del movimento, facilitando diagnosi e trattamenti più mirati.

Epilettologia: per la localizzazione non invasiva dei focolai epilettici. L'OPM-MEG offre diversi vantaggi rispetto alle attuali tecniche di valutazione prechirurgica, poiché consente movimenti della testa e persino la deambulazione durante le registrazioni. Questo è particolarmente rilevante per bambini piccoli e persone con disabilità intellettiva e/o problemi comportamentali. Un primo studio che ha applicato l’OPM-MEG a bambini affetti da epilessia ha dimostrato che un sistema con 32 sensori è in grado di rilevare spike interictali con un rapporto segnale/rumore (SNR) superiore e un’accuratezza di localizzazione paragonabile a quella di un sistema SQUID-MEG con 204 sensori. Inoltre, altri studi hanno evidenziato che l’OPM-MEG può rilevare in modo affidabile scariche epilettiformi interictali, convalidandone l’efficacia mediante registrazioni EEG intracerebrali (stereotassiche). In sintesi, nei pazienti con epilessia, l’OPM-MEG può migliorare la localizzazione del focus epilettico, riducendo potenzialmente la necessità di registrazioni invasive. Inoltre, la versatilità dei sistemi OPM ne estende l’utilità alle popolazioni pediatriche e consente misurazioni durante il movimento, ampliando così l’applicabilità anche a gruppi di pazienti finora esclusi da tali valutazioni.

Neurochirurgia: per la pianificazione preoperatoria e il mapping funzionale.

Neuroscienze cognitive: per studiare l’elaborazione linguistica, l’attenzione, la memoria.

Neurosviluppo: consente studi su bambini grazie alla tolleranza al movimento

OPM MEG al Padova Neuroscience Center 

Il Padova Neuroscience Center (PNC) dell’Università di Padova si arricchisce di una nuova infrastruttura tecnologica all’avanguardia: un sistema di Magnetoencefalografia con Magnetometri a Pompa Ottica (OPM-MEG, Optically Pumped Magnetometers MEG), installato in una cabina schermata da 3x3x3 metri. Si tratta della prima facility in Italia a utilizzare questa innovativa tecnologia per lo studio dell’attività cerebrale.

A differenza dei tradizionali sistemi MEG basati su sensori SQUID (che richiedono criogenia e impongono rigide condizioni di immobilità), la nuova generazione OPM-MEG è indossabile, non necessita di raffreddamento criogenico e può adattarsi con flessibilità a teste di qualsiasi forma e dimensione, dai neonati agli adulti. Il sistema consente inoltre una maggiore libertà di movimento durante la scansione, aprendo la strada a studi più naturali e dinamici sul cervello in azione.

L’installazione è attualmente in corso a opera degli specialisti della ditta britannica Cerca Magnetics Ltd, vincitrice del bando di gara. Il progetto è stato reso possibile grazie al finanziamento ottenuto dal progetto EBRAINS Italy di cui il prof. Maurizio Corbetta è il principal investigator per il PNC e al sostegno dell’Università di Padova, con un sentito ringraziamento al prorettore Carlo Pellegrino, e agli architetti Giuseppe Olivi e Stefano Marzaro, che stanno seguendo tutte le fasi dell’allestimento.

Con questa acquisizione e con la convenzione in atto con l’Azienda Ospedaliera di Padova per l’utilizzo delle apparecchiature per le neuroimmagini, il PNC si pone tra i centri europei più avanzati nel campo delle neuroscienze cliniche e cognitive, aprendo nuove prospettive per la comprensione del cervello umano e per il trattamento di disturbi neurologici complessi.