Ideata una app per smartphone che analizza l’occhio e individua i primi segnali di Alzheimer, o di altre malattie neurologiche, misurando il diametro pupillare durante un esercizio cognitivo
Anche gli occhi possono parlare: per i più romantici sono lo specchio dell’anima, per gli scienziati una finestra sul cervello. Le risposte pupillari durante i test cognitivi, ad esempio, possono segnalare il rischio di contrarre l’Alzheimer o altre malattie neurologiche. I ricercatori dell’università della California hanno sviluppato una app pupillometro che sfrutta la telecamera a infrarossi dello smartphone per misurare il diametro della pupilla, che varia a seconda della luce ma anche della facilità con cui facciamo un conto, memorizziamo una sequenza di numeri o qualunque altro processo cognitivo. I risultati sono stati presentati ad aprile alla ACM Computer Human Interaction Conference on Human Factors in Computing Systems (CHI 2022).
MALATTIE NEUROLOGICHE E DIAGNOSI PRECOCE
La diagnosi precoce, nel caso delle malattie neurologiche, è fondamentale. È una lotta contro il tempo per limitare i danni al cervello e iniziare subito un percorso terapeutico - quando disponibile - che può controllare i sintomi e migliorare la qualità di vita dei pazienti. La maggior parte di queste malattie insorge dopo i 65 anni di età, ma microscopici cambiamenti nel cervello iniziano a verificarsi molti anni prima rispetto ai sintomi. Un programma di screening permetterebbe di individuare precocemente i soggetti a rischio di sviluppare la malattia e riconoscere subito i primi, impercettibili, segnali di disfunzione cerebrale.
Tra questi segnali ci sono cambiamenti piccolissimi nella dimensione della pupilla, impossibili da vedere a occhio nudo. La pupilla è l’apertura circolare posizionata al centro dell’iride, che permette alla luce di entrare nell’occhio: si dilata al buio e si restringe in condizioni di luminosità intensa. Il diametro della pupilla, dunque, varia continuamente, ma non solo in base alla luce: anche per effetto di alcuni farmaci o dopo l’utilizzo di droghe.
PUPILLE: SPIE DI DISFUNZIONI CEREBRALI
Alcuni studi hanno dimostrato che le pupille possono essere anche una spia di malattie neurologiche, come l’Alzheimer, il Parkinson o il disturbo da deficit dell’attenzione (ADHD). Quando ci troviamo di fronte a un esercizio cognitivo particolarmente difficile, o che richiede un certo grado di concentrazione, la pupilla si dilata e le sue dimensioni aumentano.
I pupillometri clinicamente validati usano telecamere a infrarossi (NIR, Near Infrared), poiché la pupilla riflette la radiazione infrarossa in maniera molto diversa rispetto all’iride e al resto dell’occhio. Queste attrezzature sofisticate, però, non sono ancora ampiamente accessibili ai pazienti. Per coinvolgere la popolazione in una massiccia attività di screening, servirebbero invece strumenti piccoli e mobili, economici e facili da usare, meglio ancora se in autonomia nella propria abitazione.
APP PUPILLOMETRO PER SMARTPHONE
Se c’è un dispositivo che ad oggi soddisfa tutte queste caratteristiche è lo smartphone, di cui già si fa ampio uso in medicina, nelle terapie digitali o per la diagnosi e, appunto, lo screening di patologie. Esistono già applicazioni per misurare le pupille che sfruttano gli hardware degli smartphone, ma hanno un difetto. La classica fotocamera a colori (RGB) non riesce a distinguere le piccolissime variazioni nel diametro della pupilla, soprattutto nel caso di iridi molto scure o nere. Molti smartphone moderni, però, hanno anche dei sistemi di riconoscimento facciale che sfruttano telecamere a infrarossi.
I ricercatori dell’Università della California hanno messo a punto un’applicazione che trasforma lo smartphone in un pupillometro, ma a differenza delle precedenti utilizza anche la fotocamera NIR. La persona posiziona lo smartphone di fronte al proprio viso, come se volesse scattare un selfie, e la fotocamera frontale RGB scatta una foto, misurando la distanza tra il telefono e il centro della pupilla. Poi entra in azione la telecamera NIR, che registra i cambiamenti di dimensione della pupilla per la durata del test, al termine del quale la fotocamera RGB scatta una seconda foto. Combinando le immagini delle due fotocamere, il sistema è in grado di estrapolare una misura relativa e una assoluta (in millimetri) della variazione di diametro della pupilla.
Questa è una novità rispetto ai sistemi precedenti basati su smartphone, che hanno la sola fotocamera RGB e calcolano la variazione del diametro pupillare come una percentuale, non come una misura assoluta. Funzionano inoltre solo se il flash è sempre accesso e puntato contro il centro dell’occhio, una circostanza che può falsare i risultati e in generale non è compatibile con tutti i tipi di test.
IL TEST DI USABILITÀ
I ricercatori hanno testato anche l’usabilità della app, in particolare nella fascia di popolazione che è più a rischio di sviluppare la malattia di Alzheimer o altre patologie neurologiche: gli over 55. Sono state reclutate reclutate 15 persone, con occhi sia chiari che scuri. Un ricercatore, in collegamento su Zoom, ha fornito solo le istruzioni base per accendere lo smartphone e aprire l’applicazione, senza alcun controllo sul dispositivo né sulle azioni dei partecipanti al test.
Questi hanno seguito direttamente dalla app le istruzioni per eseguire due tipi di test. Il primo, un semplice test di funzionalità della pupilla, misurava la reattività alla luce. Il secondo, invece, consisteva nel memorizzare sequenze di cifre sempre più lunghe. La dilatazione delle pupille, in questo caso, riflette il cosiddetto carico cognitivo (un modo tecnico per definire lo “sforzo mentale”).
I risultati ottenuti con lo smartphone sono stati paragonabili a quelli di un pupillometro clinicamente validato, puntato in parallelo sull’altro occhio. Il test di usabilità, inoltre, ha evidenziato le difficoltà che una persona over 55 potrebbe avere mentre usa il dispositivo. Il posizionamento del monocolo, ad esempio, o il battito delle ciglia.
Benché richieda ancora dei miglioramenti, ulteriori studi, e non sia compatibile con tutti i tipi di smartphone, questa app supera le precedenti, poiché fornisce misurazioni assolute e accurate grazie alla telecamera a infrarossi senza necessità del flash. È la strada giusta, secondo i ricercatori, per mettere finalmente a disposizione della popolazione uno strumento clinicamente validato per lo screening delle malattie neurologiche.
