Telepatia, circa 23 ° secolo: la fusione mentale vulcaniana, realizzata toccando i templi con la punta delle dita, è una tecnica accettata per far avanzare la trama di un episodio di "Star Trek" con un minimo di dialogo, condividendo impressioni sensoriali, ricordi e pensieri tra personaggi non umani.
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Telepathy, 2015: Al Center for Sensorimotor Neural Engineering dell'Università di Washington, una giovane donna indossa un cappuccio di elettroencefalogramma, tempestato di elettrodi in grado di leggere le piccole fluttuazioni di tensione nel suo cervello. Sta giocando, sta rispondendo alle domande volgendo lo sguardo su una delle due luci stroboscopiche etichettate "sì" e "no". La luce "sì" lampeggia 13 volte al secondo, il "no" a 12 e la differenza è troppo piccolo per essere percepito, ma sufficiente per consentire a un computer di rilevare l'attivazione dei neuroni nella sua corteccia visiva. Se il computer determina che sta guardando la luce "sì", invia un segnale a una stanza in un altro edificio, dove un'altra donna è seduta con una bobina magnetica posizionata dietro la testa. Un segnale "sì" attiva il magnete, causando un breve disturbo nel campo visivo del secondo soggetto, un lampo virtuale (un "fosfene") che lei descrive come affine all'apparizione di un lampo di calore all'orizzonte. In questo modo, le risposte della prima donna vengono trasmesse a un'altra persona attraverso il campus, andando su "Star Trek" meglio: scambiare informazioni tra due menti che non sono nemmeno nello stesso posto.
Per quasi tutta la storia umana, solo i cinque sensi naturali erano noti per fungere da via per il cervello e il linguaggio e il gesto come canali di uscita. Ora i ricercatori stanno violando quei confini della mente, spostando le informazioni dentro e fuori e attraverso lo spazio e il tempo, manipolandole e potenzialmente migliorandole. Questo esperimento e altri sono stati una "dimostrazione per iniziare la conversazione", afferma il ricercatore Rajesh Rao, che lo ha condotto insieme al suo collega Andrea Stocco. La conversazione, che probabilmente dominerà la neuroscienza per gran parte di questo secolo, promette una nuova tecnologia che influenzerà in modo drammatico il modo in cui trattiamo la demenza, l'ictus e le lesioni del midollo spinale. Ma riguarderà anche l'etica di nuovi potenti strumenti per migliorare il pensiero e, in definitiva, la natura stessa della coscienza e dell'identità.
Quel nuovo studio è nato dal lavoro di Rao sulle "interfacce cervello-computer", che trasformano gli impulsi neurali in segnali in grado di controllare dispositivi esterni. L'uso di un ELETTROENCEFALOGRAMMA per controllare un robot in grado di navigare in una stanza e raccogliere oggetti - cosa dimostrata da Rao e dai suoi colleghi già nel 2008 - potrebbe essere un giorno un luogo comune per i quadriplegici.
Scheletri robotici con sensori tattili, tenuti qui da Miguel Nicolelis, rilevano i cambiamenti di posizione, temperatura e pressione e inviano tali informazioni al cervello. (Paulo Whitaker / Reuters / Corbis) 
Per monitorare il cervello in modo non invasivo, Rajesh Rao si adatta ai partecipanti allo studio con cappucci EEG e aggiunge gel conduttivo in modo che il cuoio capelluto e gli elettrodi stabiliscano un buon contatto. (Jose Mandojana) 
Le apparecchiature utilizzate dai ricercatori nella dimostrazione includevano un cappuccio EEG, elettrodi EEG, cavi, una scatola di controllo e un amplificatore di segnale. (Jose Mandojana) 
Le scimmie in un recente studio hanno usato il cervello per controllare un braccio virtuale e manipolare oggetti virtuali. I segnali elettrici inviati al cervello imitavano il senso del tatto. (Nicolelis Lab) 
I ricercatori stanno violando i confini della mente, spostando le informazioni dentro e fuori e attraverso lo spazio e il tempo. (Jose Mandojana) 
I ricercatori dell'Università di Washington Rajesh Rao (a sinistra) e Andrew Stocco (a destra) prendono parte alla prima dimostrazione dell'interfaccia cervello-cervello. (Università di Washington) In quello che dice Rao è stata la prima istanza di un messaggio inviato direttamente da un cervello umano a un altro, ha arruolato Stocco per aiutare a giocare un gioco di tipo "Space Invaders" di base. Mentre una persona guardava l'attacco su uno schermo e comunicava usando solo il momento migliore per sparare, l'altra riceveva un impulso magnetico che gli faceva premere, senza sforzo cosciente, un pulsante sulla tastiera. Dopo un po 'di pratica, dice Rao, sono diventati abbastanza bravi.
"È carino", dissi, quando mi descrisse la procedura. "Riesci a farlo suonare il piano?"
Rao sospirò. "Non con niente che stiamo usando ora."
Nonostante tutto ciò che la scienza ha studiato e mappato il cervello negli ultimi decenni, la mente rimane una scatola nera. Un famoso saggio del 1974 del filosofo Thomas Nagel chiese: "Com'è essere un pipistrello?" E concluse che non lo sapremo mai; un'altra coscienza - quella di un'altra persona, e tanto meno un membro di un'altra specie - non può mai essere compresa o accessibile. Per Rao e pochi altri aprire quella porta una piccola crepa, quindi, è un risultato notevole, anche se il lavoro ha per lo più sottolineato quanto sia grande una sfida, sia concettualmente che tecnologicamente.
La potenza di calcolo e la programmazione sono all'altezza della sfida; il problema è l'interfaccia tra cervello e computer, e in particolare quello che va nella direzione da computer a cervello. Come si invia un segnale al giusto gruppo di cellule nervose tra gli 86 miliardi stimati in un cervello umano? L'approccio più efficiente è un ricetrasmettitore impiantato che può essere cablato per stimolare piccole regioni del cervello, anche fino a un singolo neurone. Tali dispositivi sono già in uso per la "stimolazione cerebrale profonda", una tecnica per il trattamento di pazienti con Parkinson e altri disturbi con impulsi elettrici. Ma una cosa è eseguire un intervento chirurgico al cervello per una malattia incurabile e qualcos'altro per farlo nell'ambito di un esperimento i cui benefici sono nella migliore delle ipotesi.
Quindi Rao ha usato una tecnica che non prevede l'apertura del cranio, un campo magnetico fluttuante per indurre una piccola corrente elettrica in una regione del cervello. Sembra sicuro - il suo primo volontario è stato il suo collaboratore, Stocco - ma è un meccanismo rozzo. L'area più piccola che può essere stimolata in questo modo, afferma Rao, non è larga mezzo pollice. Ciò limita la sua applicazione ai movimenti grossolani del motore, come premere un pulsante o una semplice comunicazione sì-o-no.
Un altro modo per trasmettere informazioni, chiamato ultrasuoni focalizzati, sembra essere in grado di stimolare una regione del cervello piccola come un chicco di riso. Mentre le applicazioni mediche per gli ultrasuoni, come l'imaging e l'ablazione dei tessuti, utilizzano alte frequenze, da 800 kilohertz fino alla gamma megahertz, un team guidato dal radiologo di Harvard Seung-Schik Yoo ha scoperto che una frequenza di 350 kilohertz funziona bene e apparentemente in sicurezza, per inviare un segnale al cervello di un topo. Il segnale ebbe origine da un volontario umano dotato di un elettroencefalogramma, che campionava le sue onde cerebrali; quando si concentrò su uno specifico schema di luci sullo schermo di un computer, un computer inviò un segnale ad ultrasuoni al ratto, che mosse la coda in risposta. Yoo afferma che il ratto non ha mostrato effetti negativi, ma la sicurezza degli ultrasuoni focalizzati sul cervello umano non è dimostrata. Parte del problema è che, diversamente dalla stimolazione magnetica, il meccanismo attraverso il quale le onde ultrasoniche - una forma di energia meccanica - crea un potenziale elettrico non è del tutto chiaro. Una possibilità è che agisca indirettamente "facendo scoppiare" le vescicole o le sacche all'interno delle cellule del cervello, inondandole di neurotrasmettitori, come consegnare un colpo di dopamina esattamente nell'area giusta. In alternativa, l'ecografia potrebbe indurre cavitazione - gorgoglio - nella membrana cellulare, modificandone le proprietà elettriche. Yoo sospetta che il cervello contenga recettori per la stimolazione meccanica, compresi gli ultrasuoni, che sono stati in gran parte trascurati dai neuroscienziati. Tali recettori spiegherebbero il fenomeno del "vedere le stelle", o lampi di luce, per esempio da un colpo alla testa. Se l'ecografia focalizzata si dimostrasse sicura e diventasse un approccio fattibile a un'interfaccia cervello-computer, si aprirebbe una vasta gamma di possibilità inesplorate - in effetti, a malapena immaginate -.
La comunicazione verbale diretta tra individui - una versione più sofisticata dell'esperimento di Rao, con due persone connesse che scambiano dichiarazioni esplicite semplicemente pensandoli - è l'applicazione più ovvia, ma non è chiaro che una specie che possiede un linguaggio abbia bisogno di un modo più tecnologicamente avanzato di dire " Sono in ritardo ”, o anche“ Ti amo ”. John Trimper, dottorando Emory University in psicologia, che ha scritto sulle implicazioni etiche delle interfacce cervello-cervello, ipotizza che la tecnologia, “ specialmente attraverso il wireless le trasmissioni, alla fine potrebbero consentire ai soldati o alla polizia - o ai criminali - di comunicare silenziosamente e di nascosto durante le operazioni. ”Sarebbe in un lontano futuro. Finora, il messaggio più ricco di contenuti inviato cervello a cervello tra umani ha viaggiato da un soggetto in India a uno a Strasburgo, in Francia. Il primo messaggio, faticosamente codificato e decodificato in simboli binari da un gruppo con base a Barcellona, era " hola ". Con un'interfaccia più sofisticata si può immaginare, diciamo, una vittima di un ictus paralizzato che comunica con un caregiver o il suo cane. Tuttavia, se quello che sta dicendo è "Portami il giornale", ci sono, o saranno presto, sintetizzatori vocali - e robot - che possono farlo. E se la persona fosse Stephen Hawking, il grande fisico affetto da SLA, che comunica usando un muscolo della guancia per digitare le prime lettere di una parola? Il mondo potrebbe sicuramente beneficiare di un canale diretto per la sua mente.
Forse stiamo ancora pensando troppo in piccolo. Forse un analogo al linguaggio naturale non è l'app killer per un'interfaccia cervello-cervello. Invece, deve essere qualcosa di più globale, più ambizioso: informazioni, abilità e persino input sensoriali grezzi. E se gli studenti di medicina potessero scaricare una tecnica direttamente dal cervello del miglior chirurgo del mondo o se i musicisti potessero accedere direttamente alla memoria di un grande pianista? "C'è solo un modo per imparare un'abilità?" Riflette Rao. "Può esserci una scorciatoia, ed è barare?" Non deve nemmeno coinvolgere un altro cervello umano dall'altra parte. Potrebbe essere un animale - come sarebbe vivere il mondo attraverso l'olfatto, come un cane - o attraverso l'ecolocalizzazione, come un pipistrello? O potrebbe essere un motore di ricerca. "È un tradimento per un esame se usi lo smartphone per cercare cose su Internet", afferma Rao, "ma cosa succede se sei già connesso a Internet attraverso il cervello? Sempre più la misura del successo nella società è la velocità con cui accediamo, digeriamo e utilizziamo le informazioni che ci sono là fuori, non quanto puoi accumulare nella tua memoria. Ora lo facciamo con le dita. Ma c'è qualcosa di intrinsecamente sbagliato nel farlo solo pensando? ”
Oppure, potrebbe essere il tuo cervello, caricato in un momento provvidenziale e conservato digitalmente per un accesso futuro. "Diciamo che anni dopo hai un ictus", dice Stocco, la cui stessa madre ha avuto un ictus nei suoi 50 anni e non ha mai più camminato. “Ora vai in riabilitazione ed è come imparare a camminare di nuovo da capo. Supponiamo che tu possa semplicemente scaricare quell'abilità nel tuo cervello. Non funzionerebbe perfettamente, molto probabilmente, ma sarebbe un grande vantaggio nel riacquistare quella capacità. "
Miguel Nicolelis, un neuroscienziato creativo del Duca e un affascinante docente sul circuito TED Talks, conosce il valore di una buona dimostrazione. Per i Mondiali del 2014, Nicolelis, un appassionato di calcio di origini brasiliane, ha lavorato con altri per costruire un esoscheletro robotizzato controllato dagli impulsi EEG, consentendo a un giovane paraplegico di dare il primo calcio cerimoniale. Gran parte del suo lavoro ora riguarda la comunicazione cervello-cervello, specialmente nelle tecniche altamente esoteriche di collegamento delle menti per lavorare insieme su un problema. Le menti non sono umane, quindi può usare gli impianti di elettrodi, con tutti i vantaggi che trasmette.
Uno dei suoi esperimenti più sorprendenti ha coinvolto una coppia di topi di laboratorio, imparando insieme e muovendosi in sincronia mentre comunicavano tramite segnali cerebrali. I ratti sono stati addestrati in un recinto con due leve e una luce sopra ciascuna. La luce della mano sinistra o destra lampeggiava e i topi imparavano a premere la leva corrispondente per ricevere una ricompensa. Quindi sono stati separati e ciascuno dotato di elettrodi alla corteccia motoria, collegati tramite computer che campionavano gli impulsi cerebrali da un ratto (l '"encoder") e inviavano un segnale a un secondo (il "decodificatore"). Il ratto "codificatore" vedrebbe lampeggiare una luce - diciamo, quella sinistra - e premere la leva sinistra per la sua ricompensa; nell'altra casella, entrambe le luci lampeggiano, quindi il "decodificatore" non saprebbe quale leva premere, ma alla ricezione di un segnale dal primo topo, andrebbe anche a sinistra.
Nicolelis ha aggiunto una svolta intelligente a questa dimostrazione. Quando il topo decodificatore ha fatto la scelta corretta, è stato premiato e anche l'encoder ha ricevuto una seconda ricompensa. Ciò servì a rafforzare e rafforzare i processi (inconsci) neurali che venivano campionati nel suo cervello. Di conseguenza, entrambi i topi sono diventati più precisi e più veloci nelle loro risposte: "una coppia di cervelli interconnessi ... che trasferiscono informazioni e collaborano in tempo reale". In un altro studio, ha collegato tre scimmie per controllare un braccio virtuale; ognuno poteva spostarlo in una dimensione e mentre guardavano uno schermo impararono a lavorare insieme per manipolarlo nella posizione corretta. Dice che può immaginare di usare questa tecnologia per aiutare una vittima di ictus a ritrovare determinate abilità collegando il suo cervello a quello di un volontario sano, regolando gradualmente le proporzioni dell'input fino a quando il cervello del paziente non sta facendo tutto il lavoro. E crede che questo principio potrebbe essere esteso indefinitamente, per arruolare milioni di cervelli a lavorare insieme in un "computer biologico" che affrontava domande che non potevano essere poste o alle quali rispondere in forma binaria. Potresti chiedere a questa rete di cervelli il significato della vita: potresti non avere una buona risposta, ma a differenza di un computer digitale, "almeno" capirà la domanda. Allo stesso tempo, Nicolelis critica gli sforzi per emulare la mente in un computer digitale, non importa quanto sia potente, dicendo che sono "falsi e uno spreco di miliardi di dollari". Il cervello lavora secondo diversi principi, modellando il mondo per analogia . Per comunicare ciò, propone un nuovo concetto che chiama "informazioni Gödelian", dopo il matematico Kurt Gödel; è una rappresentazione analogica della realtà che non può essere ridotta a byte e non può mai essere catturata da una mappa delle connessioni tra i neuroni ("Carica la tua mente", vedi sotto). "Un computer non genera conoscenza, non esegue introspezione", afferma. "Il contenuto di un ratto, una scimmia o un cervello umano è molto più ricco di quanto potremmo mai simulare con processi binari."
L'avanguardia di questa ricerca riguarda le protesi cerebrali reali. All'Università della California del sud, Theodore Berger sta sviluppando una protesi a base di microchip per l'ippocampo, la parte del cervello dei mammiferi che trasforma le impressioni a breve termine in ricordi a lungo termine. Attinge i neuroni dal lato dell'input, esegue il segnale attraverso un programma che imita le trasformazioni che l'ippocampo esegue normalmente e lo rimanda nel cervello. Altri hanno usato la tecnica di Berger per inviare il ricordo di un comportamento appreso da un topo all'altro; il secondo ratto imparò quindi il compito in un tempo molto meno del solito. A dire il vero, questo lavoro è stato svolto solo nei ratti, ma poiché la degenerazione dell'ippocampo è uno dei segni distintivi della demenza negli esseri umani, si dice che il potenziale di questa ricerca sia enorme.
Date le affermazioni radicali per il potenziale futuro della comunicazione cervello-cervello, è utile elencare alcune delle cose che non vengono rivendicate. In primo luogo, non vi è alcuna implicazione che gli esseri umani posseggano qualsiasi forma di telepatia naturale (o soprannaturale); le tensioni tremolanti all'interno del cranio non sono abbastanza forti da essere lette da un altro cervello senza potenziamento elettronico. Né i segnali (con qualsiasi tecnologia che possediamo o immaginiamo) possono essere trasmessi o ricevuti di nascosto, o a distanza. Il funzionamento della tua mente è sicuro, a meno che tu non dia a qualcun altro la chiave inviando un impianto o un elettroencefalogramma. Tuttavia, non è troppo presto per iniziare a considerare le implicazioni etiche degli sviluppi futuri, come la capacità di impiantare pensieri in altre persone o di controllarne il comportamento (prigionieri, ad esempio) utilizzando dispositivi progettati per tali scopi. "La tecnologia sta superando il discorso etico in questo momento", afferma Trimper di Emory, "ed è lì che le cose diventano rischiose." Considera che gran parte del traffico cerebrale in questi esperimenti - e certamente qualcosa come la visione di Nicolelis di centinaia o migliaia di cervelli lavorare insieme: implica la comunicazione su Internet. Se ora sei preoccupato per qualcuno che sta hackerando le informazioni della tua carta di credito, come ti sentiresti a inviare i contenuti della tua mente nel cloud? C'è un'altra traccia, tuttavia, su cui viene studiata la comunicazione da cervello a cervello. Uri Hasson, neuroscienziato di Princeton, utilizza la risonanza magnetica funzionale per ricercare come un cervello influenza un altro, come sono accoppiati in una complessa danza di segnali e circuiti di retroazione. Si sta concentrando su una tecnica di comunicazione che considera di gran lunga superiore agli elettroencefalogrammi utilizzati con la stimolazione magnetica transcranica, non è invasiva e sicura e non richiede alcuna connessione a Internet. È, ovviamente, la lingua.
