La tecnologia dell'interfaccia cervello-computer sta uscendo dal laboratorio e sta entrando nelle nostre vite

Interfacciare i nostri cervelli con i computer evoca visioni di collegarsi a Matrix o correre attraverso le foreste di Pandora in Avatar. Si è ipotizzato di collegare la mente alla macchina sin da quando abbiamo iniziato a comprendere le complessità del sistema nervoso e come possiamo integrarlo con la tecnologia informatica. Possiamo vederlo nei primi tropi della fantascienza, poiché cervelli disincarnati controllano numerose macchine per eseguire gli ordini malevoli di qualche entità.  

Le interfacce cervello-computer (BCI) esistono da un po' di tempo. Jacques Vidal, professore emerito all'UCLA, che ha studiato questi sistemi negli anni '1970, ha coniato il termine BCI. La premessa di base è che il cervello umano è una CPU che elabora le informazioni sensoriali e invia segnali elettrici come comandi. È stato un breve salto di logica ipotizzare che i computer possano quindi essere programmati per interpretare questi segnali e inviare i propri segnali nella stessa lingua. Stabilendo questo linguaggio condiviso, teoricamente, il cervello e la macchina possono parlarsi. 

Muovendolo... con sentimento 

Molte applicazioni di BCI sono nel campo della riabilitazione neurale. Gli scienziati sanno da tempo che funzioni specifiche sono localizzate in particolari aree del cervello e, con questa conoscenza della "mappa del cervello", possiamo stimolare queste aree a svolgere le rispettive funzioni. Ad esempio, impiantando elettrodi nella corteccia motoria, alle persone con arti mancanti si può insegnare a muovere o manipolare le protesi “pensando” di muovere il proprio braccio. Allo stesso modo, gli elettrodi possono essere posizionati lungo un midollo spinale danneggiato per inviare segnali per muovere gli arti paralizzati. Questa tecnologia viene utilizzata anche per le protesi visive, per sostituire o ripristinare la vista in alcuni individui. 

Per le neuroprotesi, l'obiettivo non è solo quello di imitare la funzione motoria perduta. Ad esempio, quando raccogliamo un uovo, il nostro cervello ci dice quanto deve essere salda la nostra presa, in modo da non schiacciarlo. Sharlene Flesher fa parte di un team dell'Università di Pittsburgh che sta integrando questa funzione nei loro progetti di protesi. Prendendo di mira anche l'area del cervello che "sente" o percepisce la stimolazione tattile (la corteccia somatosensoriale), il team di Flesher spera di ricreare una parvenza di un meccanismo di feedback che ci consenta di modulare il tocco e la pressione, che è essenziale nell'esecuzione del movimenti motori più fini della mano. 

Fiesher afferma che "ripristinare completamente la funzione di un arto superiore significa usare le nostre mani per interagire con l'ambiente ed essere in grado di sentire ciò che quelle mani stanno toccando" e, per "manipolare davvero gli oggetti, è necessario sapere quali dita sono in contatto, quanta forza sta esercitando ogni dito e quindi utilizzare tali informazioni per eseguire il movimento successivo. 

I voltaggi effettivi ai quali il cervello invia e riceve impulsi sono molto bassi, circa 100 millivolt (mV). Ottenere e amplificare questi segnali è stato un enorme punto critico nella ricerca BCI. Il percorso tradizionale di impiantare direttamente gli elettrodi nel cervello o nel midollo spinale comporta gli inevitabili rischi di procedure chirurgiche, come sanguinamento o infezione. D'altra parte, i "cestini neurali" non invasivi come quelli utilizzati negli elettroencefalogrammi (EEG) rendono difficile la ricezione e la trasmissione del segnale a causa del "rumore". Il cranio osseo può diffondere i segnali e l'ambiente esterno può interferire con la captazione. Inoltre, la connessione a un computer richiede un cablaggio complesso che limita la mobilità, quindi la maggior parte delle configurazioni BCI in questo momento si trova all'interno dei confini di un ambiente di laboratorio. 

Flesher ammette che queste limitazioni hanno anche ristretto le applicazioni cliniche a una popolazione definita con accesso a questi sviluppi. Ritiene che il coinvolgimento di più ricercatori provenienti da campi diversi potrebbe stimolare lo sviluppo e forse fornire soluzioni innovative a questi ostacoli. 

"Il lavoro che stiamo facendo dovrebbe rendere gli altri entusiasti di esplorare questa tecnologia... esperti in una varietà di campi che lavorano per lo stesso obiettivo è un percorso molto più rapido nel portare le migliori soluzioni ai pazienti." 

Ricercatori e progettisti, infatti, stanno esplorando più a fondo la BCI, non solo per superare questi limiti, ma anche per sviluppare nuove applicazioni che hanno suscitato maggiore interesse da parte del pubblico. 

Fuori dal laboratorio e nel gioco 

Dai suoi inizi come startup studentesca presso l'Università del Michigan, Neurable, con sede a Boston, è ora diventata uno degli attori più visibili nel campo BCI in crescita esplorando un approccio diverso alla tecnologia BCI. Invece di costruire il proprio hardware, Neurable ha sviluppato un software proprietario che utilizza algoritmi per analizzare ed elaborare i segnali dal cervello.  

"In Neurable, abbiamo ricompreso come funzionano le onde cerebrali", spiega il CEO e fondatore Dr. Ramses Alcaide. "Ora possiamo ottenere quei segnali da configurazioni EEG standard e combinarli con i nostri algoritmi di apprendimento per eliminare il rumore e trovare i segnali giusti, a livelli elevati di velocità e precisione". 

Un altro vantaggio intrinseco, secondo Alcaide, è che il loro kit di sviluppo software (SDK) è indipendente dalla piattaforma, il che significa che può essere applicato a qualsiasi software o dispositivo compatibile. Questa separazione dallo stampo del "laboratorio di ricerca" è una decisione aziendale consapevole da parte dell'azienda per aprire le possibilità di dove e come la tecnologia BCI può essere applicata. 

"Storicamente i BCI sono stati contenuti all'interno del laboratorio e quello che stiamo facendo è creare un prodotto di cui tutti possano beneficiare, poiché i nostri SDK possono essere utilizzati a qualsiasi titolo, medico o meno". 

Questo potenziale sblocco sta rendendo la tecnologia BCI interessante in numerose applicazioni. In occupazioni pericolose come le forze dell'ordine o i vigili del fuoco, la simulazione di scenari di vita reale senza il pericolo richiesto può rivelarsi preziosa per il processo di formazione. 

Anche la potenziale applicazione commerciale nel campo dei giochi sta generando molto entusiasmo. Gli appassionati di giochi stanno già sognando di essere totalmente immersi in un mondo virtuale in cui l'ambiente sensoriale è il più vicino possibile alla realtà. Senza un controller portatile, i giocatori possono "pensare" di eseguire comandi all'interno di un ambiente virtuale. La corsa per creare l'esperienza di gioco più coinvolgente ha spinto molte aziende a esaminare le possibilità commerciali di BCI. Neurable vede il futuro nella tecnologia BCI commerciale e sta dedicando risorse a questo percorso di sviluppo. 

"Vogliamo vedere la nostra tecnologia incorporata nel maggior numero possibile di applicazioni software e hardware", afferma Alcaide. “Consentire alle persone di interagire con il mondo utilizzando solo la propria attività cerebrale, questo è il vero significato del nostro motto: un mondo senza limiti.”