Neuroprotesi: controllare gli arti con il pensiero
Le interfacce cervello-macchina realizzate finora permettevano di controllare solamente un arto, ma grazie allo sviluppo di sofisticati algoritmi per l’elaborazione degli schemi di attività dei neuroni della corteccia motoria un gruppo di ricercatori statunitensi è riuscito a creare un’interfaccia che consente il controllo contemporaneo e coordinato di entambre le braccia .
Grazie all’addestramento in un ambiente virtuale, due scimmie sono riuscite a controllare con il pensiero – contemporaneamente e in modo coordinato – il movimento di entrambe le braccia . A dimostrarlo è una ricerca condotta nel laboratorio di ingegneria biomedica della Duke University diretto da Miguel A. L. Nicolelis che firma un articolo pubblicato sull’ultimo numero di “Science Translational Medicine”, interamente dedicato ai più recenti progressi nel campo delle neuroprotesi.
Negli ultimi dieci anni, sono stati fatti notevoli progressi nello sviluppo di interfacce mente-macchina (BMI) in grado di collegare il cervello a una singola protesi, come un braccio virtuale. Finora tuttavia nessuna di queste interfacce era utilizzabile per controllare simultaneamente due arti virtuali. E dato che le attività quotidiane prevedono l’uso di entrambe le mani e in prospettiva, per avere protesi in grado di restituire una buona funzionalità a persone gravemente paralizzate è indispensabile un controllo mentale di più apparecchi.
Nel corso della nuova ricerca, Nicolelis e colleghi hanno messo a punto un ambiente virtuale nel quale le scimmie potevano vedere su uno schermo delle copie realistiche delle loro braccia e le hanno addestrate ad afferrare alcuni oggetti con entrambe le mani virtuali. Le scimmie hanno imparato prima a controllare le copie virtuali con una coppia di joystick e poi con la sola attività cerebrale.
Per realizzare l’interfaccia che ha reso possibile questa prestazione, i ricercatori non si sono concentrati sull’attività di singoli neuroni, ma sulla registrazione degli schemi di attività di circa 500 neuroni della corteccia motoria, poi elaborati con nuovi e sofisticati algoritmi. Queste registrazioni hanno anche permesso di rilevare che gli schemi di attività neuronale relativi al movimento di due mani differivano sostanzialmente da quelli prodotti per spostare ogni braccio separatamente.
Inoltre, via via che la capacità degli animali di controllare contemporaneamente entrambe le braccia virtuali migliorava, i ricercatori hanno osservato un diffuso fenomeno di plasticità nelle aree corticali del cervello. Un risultato, questo, che conferma l’ipotesi – già avanzata sulla scorta dei risultati di un’altra ricerca dagli stessi autori – che i cervelli delle scimmie possono incorporare le braccia virtuali nell’immagine interna del proprio corpo.
Sempre nel campo dei progressi delle neuroprotesi, è da segnalare infine un altro importante risultato riportato nel numero speciale di “Science Translational Medicine”, quello ottenuto da Daniel J. Chew dell’Università di Cambridge, in Gran Bretagna, che indica la possibilità di aggiungere anche la vescica agli organi che potrebbero essere controllati da un’interfaccia BMI.
