Proprio come gli antichi greci hanno fantasticato sul volo in volo, l'immaginazione di oggi sogna di fondere menti e macchine come rimedio al fastidioso problema della mortalità umana. La mente può connettersi direttamente con l'intelligenza artificiale, i robot e altre menti attraverso tecnologie di interfaccia cervello-computer (BCI) per trascendere i nostri limiti umani?
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Negli ultimi 50 anni, i ricercatori dei laboratori universitari e delle aziende di tutto il mondo hanno compiuto notevoli progressi verso il raggiungimento di tale visione. Di recente, imprenditori di successo come Elon Musk (Neuralink) e Bryan Johnson (Kernel) hanno annunciato nuove startup che cercano di migliorare le capacità umane attraverso l'interfaccia cervello-computer.
Quanto siamo davvero vicini a collegare con successo il nostro cervello alle nostre tecnologie? E quali potrebbero essere le implicazioni quando le nostre menti sono collegate?
Origini: riabilitazione e restauro
Eb Fetz, ricercatore del Center for Sensorimotor Neural Engineering (CSNE), è uno dei primi pionieri a collegare le macchine alle menti. Nel 1969, prima ancora che esistessero anche i personal computer, mostrò che le scimmie possono amplificare i segnali del loro cervello per controllare un ago che si muoveva su un quadrante.
Gran parte del recente lavoro sui BCI mira a migliorare la qualità della vita delle persone paralizzate o con gravi disabilità motorie. Potresti aver visto alcuni recenti risultati nelle notizie: i ricercatori dell'Università di Pittsburgh usano segnali registrati all'interno del cervello per controllare un braccio robotico. I ricercatori di Stanford possono estrarre le intenzioni di movimento dei pazienti paralizzati dai loro segnali cerebrali, consentendo loro di utilizzare un tablet in modalità wireless.
Allo stesso modo, alcune sensazioni virtuali limitate possono essere rimandate al cervello, fornendo corrente elettrica all'interno del cervello o sulla superficie del cervello.
E i nostri principali sensi della vista e del suono? Versioni molto precoci di occhi bionici per le persone con gravi disabilità visive sono state distribuite commercialmente e le versioni migliorate sono attualmente in fase di sperimentazione umana. Gli impianti cocleari, d'altra parte, sono diventati uno degli impianti bionici di maggior successo e prevalenti: oltre 300.000 utenti in tutto il mondo usano gli impianti per ascoltare.
Un'interfaccia cervello-computer bidirezionale (BBCI) può sia registrare segnali dal cervello che inviare informazioni al cervello attraverso la stimolazione. (Center for Sensorimotor Neural Engineering (CSNE), CC BY-ND) I BCI più sofisticati sono BCI "bidirezionali" (BBCI), che possono sia registrare che stimolare il sistema nervoso. Nel nostro centro, stiamo esplorando i BBCI come un nuovo strumento di riabilitazione radicale per ictus e lesioni del midollo spinale. Abbiamo dimostrato che un BBCI può essere utilizzato per rafforzare le connessioni tra due regioni cerebrali o tra il cervello e il midollo spinale e reindirizzare le informazioni intorno a un'area di lesione per rianimare un arto paralizzato.
Con tutti questi successi fino ad oggi, potresti pensare che un'interfaccia cervello-computer sia pronta per essere il prossimo gadget di consumo indispensabile.
Ancora primi giorni
Una griglia elettrocorticografica, utilizzata per rilevare i cambiamenti elettrici sulla superficie del cervello, è in fase di test per le caratteristiche elettriche. (Centro di ingegneria neuronale sensomotoria, CC BY-ND) Ma uno sguardo attento ad alcune delle attuali dimostrazioni BCI rivela che abbiamo ancora molta strada da fare: quando i BCI producono movimenti, sono molto più lenti, meno precisi e meno complessi di ciò che le persone abili fanno ogni giorno facilmente con gli arti. Gli occhi bionici offrono una visione a bassa risoluzione; Gli impianti cocleari possono trasportare elettronicamente informazioni vocali limitate, ma distorcono l'esperienza della musica. E per far funzionare tutte queste tecnologie, gli elettrodi devono essere impiantati chirurgicamente, una prospettiva che la maggior parte delle persone oggi non prenderebbe in considerazione.
Non tutti i BCI, tuttavia, sono invasivi. Esistono BCI non invasivi che non richiedono un intervento chirurgico; sono in genere basati su registrazioni elettriche (EEG) dal cuoio capelluto e sono stati usati per dimostrare il controllo di cursori, sedie a rotelle, bracci robotici, droni, robot umanoidi e persino comunicazioni cervello-cervello.
Ma tutte queste dimostrazioni sono state in laboratorio - dove le stanze sono silenziose, i soggetti del test non sono distratti, la configurazione tecnica è lunga e metodica e gli esperimenti durano solo abbastanza a lungo da dimostrare che un concetto è possibile. È stato molto difficile rendere questi sistemi abbastanza veloci e robusti da essere di uso pratico nel mondo reale.
Anche con elettrodi impiantati, un altro problema con il tentativo di leggere le menti deriva da come sono strutturati i nostri cervelli. Sappiamo che ogni neurone e le sue migliaia di vicini connessi formano una rete inimmaginabilmente grande e in continua evoluzione. Cosa potrebbe significare questo per i neuroingegneri?
Immagina di provare a capire una conversazione tra un grande gruppo di amici su un argomento complicato, ma ti è permesso ascoltare solo una persona. Potresti essere in grado di capire l'argomento molto approssimativo di cosa tratta la conversazione, ma sicuramente non tutti i dettagli e le sfumature dell'intera discussione. Poiché anche i nostri migliori impianti ci consentono di ascoltare solo alcune piccole chiazze del cervello alla volta, possiamo fare alcune cose impressionanti, ma non siamo assolutamente vicini alla comprensione dell'intera conversazione.
C'è anche ciò che pensiamo sia una barriera linguistica. I neuroni comunicano tra loro attraverso una complessa interazione di segnali elettrici e reazioni chimiche. Questo linguaggio elettrochimico nativo può essere interpretato con circuiti elettrici, ma non è facile. Allo stesso modo, quando parliamo al cervello usando la stimolazione elettrica, è con un forte "accento" elettrico. Ciò rende difficile per i neuroni capire cosa la stimolazione sta cercando di trasmettere nel mezzo di tutte le altre attività neuronali in corso.
Infine, c'è il problema del danno. Il tessuto cerebrale è morbido e flessibile, mentre la maggior parte dei nostri materiali elettricamente conduttivi - i fili che si collegano al tessuto cerebrale - tendono ad essere molto rigidi. Ciò significa che l'elettronica impiantata spesso causa cicatrici e reazioni immunitarie, il che significa che gli impianti perdono efficacia nel tempo. Le fibre e le matrici biocompatibili flessibili possono eventualmente aiutare in questo senso.
Coadattamento, convivenza
Nonostante tutte queste sfide, siamo ottimisti sul nostro futuro bionico. I BCI non devono essere perfetti. Il cervello è incredibilmente adattivo e capace di imparare a usare i BCI in un modo simile a come apprendiamo nuove abilità come guidare una macchina o usare un'interfaccia touchscreen. Allo stesso modo, il cervello può imparare a interpretare nuovi tipi di informazioni sensoriali anche quando viene trasmesso in modo non invasivo utilizzando, ad esempio, impulsi magnetici.
In definitiva, crediamo che un BCI bidirezionale "co-adattivo", in cui l'elettronica impara con il cervello e parla costantemente al cervello durante il processo di apprendimento, possa rivelarsi un passo necessario per costruire il ponte neurale. Costruire tali BCI bidirezionali co-adattivi è l'obiettivo del nostro centro.
Allo stesso modo siamo entusiasti dei recenti successi nel trattamento mirato di malattie come il diabete usando "elettroceutici" - piccoli impianti sperimentali che trattano una malattia senza farmaci comunicando i comandi direttamente agli organi interni.
E i ricercatori hanno scoperto nuovi modi per superare la barriera del linguaggio elettrico-biochimico. Il “merletto neurale” iniettabile, ad esempio, può rivelarsi un modo promettente per consentire gradualmente ai neuroni di crescere insieme agli elettrodi impiantati anziché respingerli. Sonde flessibili basate su nanofili, impalcature di neuroni flessibili e interfacce di carbonio vetroso possono anche consentire ai computer biologici e tecnologici di coesistere felicemente nei nostri corpi in futuro.
Da assistivo ad aumentativo
La nuova startup di Elon Musk, Neuralink, ha l'obiettivo finale dichiarato di migliorare gli esseri umani con i BCI per dare al nostro cervello un vantaggio nella corsa agli armamenti in corso tra intelligenza umana e intelligenza artificiale. Spera che con la capacità di connettersi alle nostre tecnologie, il cervello umano potrebbe migliorare le proprie capacità - possibilmente permettendoci di evitare un potenziale futuro distopico in cui l'IA ha di gran lunga superato le capacità umane naturali. Una tale visione può certamente sembrare lontana o fantasiosa, ma non dovremmo respingere un'idea solo sulla stranezza. Dopotutto, le auto a guida autonoma sono state relegate nel regno della fantascienza anche un decennio e mezzo fa - e ora condividono le nostre strade.
Un BCI può variare su più dimensioni: se si interfaccia con il sistema nervoso periferico (un nervo) o con il sistema nervoso centrale (il cervello), se è invasivo o non invasivo e se aiuta a ripristinare la funzione persa o migliora le capacità. (James Wu; adattato da Sakurambo, CC BY-SA) In un futuro più vicino, poiché le interfacce cervello-computer vanno oltre il ripristino della funzione nelle persone disabili, aumentando le persone abili al di là delle loro capacità umane, dobbiamo essere acutamente consapevoli di una serie di questioni relative al consenso, alla privacy, all'identità, all'agenzia e alla disuguaglianza . Nel nostro centro, un team di filosofi, clinici e ingegneri sta lavorando attivamente per affrontare questi problemi di giustizia etica, morale e sociale e offrire linee guida neuroetiche prima che il campo progredisca troppo avanti.
Connettere i nostri cervelli direttamente alla tecnologia può in definitiva essere una naturale progressione di come gli esseri umani si sono evoluti con la tecnologia nel corso dei secoli, dall'uso delle ruote per superare i nostri limiti bipede al prendere appunti su tavolette di argilla e carta per aumentare i nostri ricordi. Proprio come i computer, gli smartphone e le cuffie per realtà virtuale di oggi, i BCI aumentativi, quando arriveranno finalmente sul mercato dei consumatori, saranno esaltanti, frustranti, rischiosi e, allo stesso tempo, pieni di promesse.
Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation.
James Wu, Ph.D. Studente in bioingegneria, ricercatore presso il Center for Sensorimotor Neural Engineering, Università di Washington
Rajesh PN Rao, Professore di Informatica e Ingegneria e Direttore del Center for Sensorimotor Neural Engineering, Università di Washington
