Le interfacce cervello-macchina erano un tempo roba da fantascienza. Ma la tecnologia - che consente la comunicazione diretta tra una persona o il cervello di un animale e un dispositivo esterno o un altro cervello - ha fatto molta strada negli ultimi dieci anni.
Gli scienziati hanno sviluppato interfacce che consentono alle persone paralizzate di digitare lettere su uno schermo, lasciare che una persona muova la mano di un'altra persona con i propri pensieri e persino consentire a due topi di scambiare pensieri - in questo caso, la conoscenza di come risolvere un particolare compito: quando si trovano in laboratori distanti migliaia di miglia.
Ora, un team guidato da Miguel Nicolelis della Duke University (lo scienziato dietro lo schema di scambio di pensieri sui ratti, tra le altre interfacce cervello-macchina) ha creato una nuova configurazione che consente alle scimmie di controllare due armi virtuali semplicemente pensando di muovere le loro armi reali . Sperano che la tecnologia, rivelata in un articolo pubblicato oggi su Science Translational Medicine, possa un giorno portare a interfacce simili che consentano agli umani paralizzati di muovere braccia e gambe robotizzate.
In precedenza, il team di Nicolelis e altri avevano creato interfacce che consentivano alle scimmie e agli umani di muovere un solo braccio in modo simile, ma questa è la prima tecnologia che consente a un animale di muovere più arti contemporaneamente. "I movimenti bimanuali nelle nostre attività quotidiane - dalla digitazione sulla tastiera all'apertura di una lattina - sono di fondamentale importanza", ha dichiarato Nicolelis in una nota stampa. "Le future interfacce cervello-macchina volte a ripristinare la mobilità nell'uomo dovranno incorporare più arti per trarre grandi benefici per i pazienti gravemente paralizzati".
Come le precedenti interfacce del gruppo, la nuova tecnologia si basa su elettrodi ultra sottili che sono chirurgicamente incorporati nella corteccia cerebrale del cervello delle scimmie, una regione del cervello che controlla i movimenti volontari, tra le altre funzioni. Ma a differenza di molte altre interfacce cervello-macchina, che usano elettrodi che monitorano l'attività cerebrale in una manciata di neuroni, il team di Nicolelis ha registrato attività in quasi 500 cellule cerebrali distribuite su una gamma di aree della corteccia nelle due scimmie rhesus che sono state testate per questo studio.
Quindi, nel corso di alcune settimane, hanno sistemato ripetutamente le scimmie davanti a un monitor, dove hanno visto un paio di braccia virtuali da una prospettiva in prima persona. Inizialmente, controllavano ciascuna delle braccia con i joystick e completavano un compito in cui dovevano muovere le braccia per coprire le forme in movimento per ricevere una ricompensa (un assaggio di succo).
Quando ciò è accaduto, gli elettrodi hanno registrato l'attività cerebrale nelle scimmie correlata ai vari movimenti del braccio e gli algoritmi l'hanno analizzata per determinare quali schemi particolari nell'attivazione dei neuroni erano collegati a quali tipi di movimenti del braccio: sinistra o destra, avanti o indietro .
Alla fine, una volta che l'algoritmo era in grado di prevedere con precisione il movimento del braccio previsto dalla scimmia in base ai modelli del cervello, la configurazione è stata modificata in modo che i joystick non controllassero più le braccia virtuali: invece i pensieri delle scimmie, come registrati dagli elettrodi, erano al loro controllo. Dal punto di vista delle scimmie, nulla era cambiato, dato che i joystick erano ancora posizionati di fronte a loro, e il controllo era basato su schemi cerebrali (in particolare, immaginando che le loro stesse braccia si muovessero) che stavano comunque producendo.
Entro due settimane, però, entrambe le scimmie si resero conto che non avevano bisogno di muovere le mani e manipolare i joystick per muovere le braccia virtuali, dovevano solo pensare di farlo. Nel corso del tempo, sono diventati sempre più bravi a controllare le braccia virtuali attraverso questa interfaccia macchina-cervello, alla fine facendolo altrettanto efficacemente come avevano spostato i joystick.
I futuri progressi in questo tipo di interfaccia potrebbero essere enormemente preziosi per le persone che hanno perso il controllo dei propri arti, a causa di paralisi o altre cause. Mentre gli arti bionici ad alta tecnologia continuano a svilupparsi, questi tipi di interfacce potrebbero alla fine essere il modo in cui verranno utilizzati su base giornaliera. Una persona con una lesione del midollo spinale, per esempio, potrebbe imparare a immaginare efficacemente di muovere due braccia in modo che un algoritmo possa interpretare i suoi schemi cerebrali per muovere due braccia robotiche nel modo desiderato.
Ma le interfacce cervello-macchina potrebbero anche servire un giorno anche una popolazione molto più ampia: utenti di smartphone, computer e altre tecnologie di consumo. Le aziende hanno già sviluppato cuffie che monitorano le tue onde cerebrali in modo da poter spostare un personaggio in un videogioco semplicemente pensandoci, essenzialmente usando il cervello come un joystick. Alla fine, alcuni ingegneri prevedono che le interfacce cervello-macchina potrebbero permetterci di manipolare i tablet e controllare la tecnologia indossabile come Google Glass senza dire una parola o toccare uno schermo.
