Nuovo sistema permette di controllare un braccio robotico con il pensiero

Le interfacce cervello-computer sono dei dispositivi straordinari. Questi innovativi sistemi rendono possibile la registrazione e l’analisi delle onde cerebrali umane: tali segnali possono comandare dei dispositivi robotici. Ad esempio, una donna tetraplegica è stata in grado di controllare un braccio robotico usando solo il proprio pensiero utilizzando un sistema simile.

Recentemente gli scienziati hanno compiuto ulteriori progressi sviluppando un nuovo sistema che permette ai pazienti di controllare il movimento di un braccio robotico attraverso il pensiero.

Attraverso un intervento chirurgico un chip è stato impiantato nell'area del cervello responsabile della pianificazione del movimento di un uomo completamente paralizzato.

I ricercatori del California Institute of Technology and Keck Medicine hanno permesso a Erik G. Sorto (vedere video in basso) di comandare un arto robotico con una fluidità superiore ai precedenti sistemi di protesi neurali. I risultati di questa sperimentazione sono stati pubblicati su Science.

Video:

Il motivo per cui le lesioni al midollo spinale possono causare la paralisi è perché esse interrompono il flusso di informazioni tra il cervello e gli arti. L'idea alla base delle interfacce cervello-computer (Brain Computer Interfaces, BCIs) è di bypassare il circuito interrotto stabilendo un canale diretto di comunicazione tra il cervello e un dispositivo di output, come un arto robotico o una sedia a rotelle.

Per attivare tale canale di comunicazione, gli scienziati hanno impiantato minuscoli elettrodi che registrano l'attività cerebrale in una zona chiamata corteccia motoria, area che è responsabile del controllo del movimento.

Quando il paziente pensa al movimento le cellule cerebrali producono dei segnali elettrici che vengono trasmessi a un computer e vengono decodificati e tradotti in movimenti.
I risultati di tali sperimentazioni sono state a dir poco strabilianti, ma naturalmente c'è sempre spazio per migliorare. I movimenti erano incerti, così i ricercatori del Caltech hanno cercato di sviluppare un nuovo sistema per ottenere dei movimenti più naturali.

Piuttosto che focalizzarsi sulla corteccia motoria i ricercatori hanno deciso di concentrare la loro attenzione su una regione diversa: la corteccia parietale posteriore (posterior parietal cortex, PPC). Piuttosto che controllare il movimento, la PPC è responsabile della produzione dell’intenzionalità del movimento.

"Quando una persona muove un braccio, non pensa a quali muscoli deve attivare e ai dettagli del movimento, come sollevare il braccio, allungare il braccio, afferrare la tazza... e così via. Un individuo invece pensa all'obiettivo del movimento. Ad esempio, 'voglio prendere quella tazza d'acqua,' " spiega il ricercatore Richard Andersen. "Così in questo esperimento, siamo riusciti a decodificare con successo queste intenzioni di movimento, chiedendo al soggetto di immaginare semplicemente il movimento nel suo complesso, anziché scomponendolo in una miriade di sotto movimenti".

I dispositivi utilizzati nella sperimentazione sono stati un paio di chip, contenenti entrambi 96 elettrodi, che registrano l'attività di un singolo neurone. Tali chip sono stati impiantati in due regioni differenti della PPC di un paziente tetraplegico e collegati a un computer che ha elaborato i dati dell’intenzionalità del movimento del paziente. I segnali così convertiti sono stati trasmessi al cursore di un computer o a un braccio robotico.

Dopo aver ricevuto l’addestramento necessario, Erik Sorto (il paziente della sperimentazione) ha imparato a controllare i due dispositivi di output utilizzando le sue intenzioni di movimento: i movimenti del braccio robotico sono stati straordinariamente fluidi.

"È stata una grande sorpresa vedere che il paziente è stato in grado di controllare l'arto il primo giorno della sperimentazione. Questo testimonia come sia intuitivo il controllo quando si utilizza l'attività della PPC" scrive Anderson".

Nel corso del tempo, i ricercatori sperano di migliorare il sistema, in modo tale che possano essere eseguiti movimenti più significativi e pratici che aiuteranno i pazienti nello svolgimento delle attività quotidiane.