Il wireless per usare la forza del pensiero

Il wireless per usare la forza del pensiero

Presto, alcuni pazienti paralizzati potrebbero utilizzare un’interfaccia wireless fra cervello e computer in grado di processare i comandi impartiti con il pensiero con la stessa velocità di una connessione internet domestica. Dopo oltre un decennio di ingegnerizzazione, alcuni ricercatori della Brown University ed una società dello Utah, la Blackrock Microsystems, stanno commercializzando un dispositivo wireless che può essere collegato alla testa di una persona e trasmettere via radio dei comandi impartiti con il pensiero e raccolti da un impianto cerebrale. La Blackrock sta cercando di ottenere le autorizzazioni della FDA per testare questo sistema di controllo remoto su volontari, possibilmente entro quest’anno.

Il dispositivo è stato sviluppato da un consorzio di nome BrainGate, che ha sede presso la Brown University ed è stato fra i primi a posizionare degli impianti nei cervelli delle persone paralizzate e a dimostrare che i segnali elettrici emessi dai neuroni all’interno della corteccia potevano essere registrati e in seguito utilizzati per manovrare una carrozzina o comandare un braccio robotico (vedi “Implanting Hope“).

Un limite importante a questi esperimenti è stato la necessità dei pazienti di ricorrere all’aiuto di assistenti di laboratorio per utilizzare queste protesi. I segnali inviati del cervello vengono raccolti da un cavo collegato ad un portale installato sul cranio e fatti passare lungo i cavi di un ingombrante insieme di processori di segnale. «Una soluzione del genere è impensabile o scomoda per alcune impostazioni domestiche in cui i pazienti sono già collegati a un insieme di dispositivi elettronici», spiega Arto Nurmikko, il professore di ingegneria della Brown che ha portato alla progettazione e realizzazione di questo sistema wireless.

Un dispositivo grande approssimativamente quanto il tappo del serbatoio di un’automobile

La nuova interfaccia si libera di gran parte di questi cablaggi elaborando le informazioni del cervello all’interno di un dispositivo grande approssimativamente quanto il tappo del serbatoio di un’automobile. Il dispositivo è connesso al cranio e collegato con degli elettrodi nel cervello. All’interno del cervello si trovano un processore che amplifica il deboli segnali elettrici emessi dai neuroni, circuiti per digitalizzare le informazioni, ed una radio per trasmetterle ad un ricevitore posto a qualche metro di distanza. Lì, le informazioni servono da segnale di controllo per muovere un cursore sullo schermo di un computer o altro.

Il dispositivo trasmette i dati fuori dal cervello ad una velocità di 48 megabit al secondo, paragonabile alla velocità di una connessione Internet domestica, dice Nurmikko. Consuma all’incirca 30 milliwatt di energia – una frazione dell’energia consumata da uno smartphone – ed è alimentato da una batteria.

Non è la prima volta che gli scienziati realizzano un prototipo di interfaccia wireless fra cervello e computer, ed alcuni trasmettitori più semplici sono giù stati venduti per le ricerche sugli animali. «Non esiste però un dispositivo che vanti una quantità simile di input e trasmetta megabit su megabit di dati. Fondamentalmente, stiamo parlando di un dispositivo interamente nuovo», ha detto Cindy Shestek, una ricercatrice di bioingegneria medica dell’Università del Michigan.

Dei miliardi di neuroni presenti nella corteccia umana, gli scienziati non sono mai riusciti a misurarne direttamente più di 200 in simultanea. 

Nonostante l’impianto riesca a trasmettere l’equivalente di 200 DVD di dati al giorno, rispetto alla quantità di informazioni generate dal cervello nell’eseguire anche solo i movimenti più semplici si tratta comunque di poca cosa. Dei miliardi di neuroni presenti nella corteccia umana, gli scienziati non sono mai riusciti a misurarne direttamente più di 200 in simultanea. «I nostri cervelli sono come delle macchine da petabyte di dati», spiega Nurmikko. «A confronto, 100 megabit al secondo è una velocità molto modesta».

Al momento, il processore wireless della Blackrock, che si chiama “Cereplex-W”, viene venduto per $15,000 ai laboratori di ricerca che lavorano sui primati. Stando a Florian Solzbacher, un professore dell’Università dello Utah che è proprietario e presidente della società, i test sugli umani potrebbero partire presto. Gli scienziati della Brown intendono provarlo sui pazienti paralizzati.

Attualmente, circa mezza dozzina di pazienti, fra cui alcuni nello stadio finale della SLA, stanno prendendo parte ai test della BrainGate che fanno uso di tecnologie più vecchie. In questi studi, che stanno proseguendo a Boston e in California, l’impianto che crea il contatto con il cervello è costituito da una piccola schiera di elettrodi simili ad aghi e ricavati dal silicio. La Blackrock vende anche questo genere di prodotti, comunemente chiamato la schiera dello Utah. Per stabilire una interfaccia uomo-macchina, la schiera viene spinta nel tessuto della corteccia cerebrale motoria, dove le sue punte raggiungono i segnali trasmessi allo stesso tempo da 100 o più neuroni.

Gli scienziati hanno scoperto che queste piccole scariche elettriche possono essere decodificate in letture abbastanza precise dei movimenti che un animale o una persona intendono effettuare. La decodificazione di quei segnali ha permesso a centinaia di scimmie, oltre che ad un crescente numero di volontari paralizzati, di controllare il mouse di un computer o manipolare oggetti con un braccio robotico, talvolta con un’abilità sorprendente (vedi “La impensabile forza del pensiero“).

La tecnologia della BrainGate si tramuterà in una terapia reale quando verrà resa più affidabile

La tecnologia della BrainGate non si tramuterà mai in una terapia reale, a meno che non venga semplificata e resa più affidabile. Il modulo wireless da indossare sul capo è un passo verso quel traguardo. Prima o poi, sostengono gli scienziati, tutti gli elementi elettronici verranno impiantati completamente all’interno del corpo, senza alcun cavo che ne fuoriesca, dato che questi possono provocare infezioni. L’anno scorso, i ricercatori della Brown hanno descritto il test di un prototipo di interfaccia interamente impiantata, con le componenti elettroniche custodite all’interno di una capsula in titanio che può essere sigillata sotto lo scalpo. Questo dispositivo non è ancora in commercio.

«Se riuscissero a impiantare un simile dispositivo sotto la pelle, allora tutto quello che si vede nei video potrebbe essere eseguito a casa propria», commenta la Shestek, alludendo ai video di pazienti che utilizzano il controllo mentale per muovere braccia robotiche. «Il cavo che passa attraverso la pelle è la parte più pericolosa del sistema».

(Traduzione di Matteo Ovi)

Le newsletter
de Linkiesta

X

Un altro formidabile modo di approfondire l’attualità politica, economica, culturale italiana e internazionale.

Iscriviti alle newsletter