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Brain Chip aiuta i quadriplegici a muovere le braccia robotiche con i loro pensieri
Una paziente paralizzata dotata di un chip cerebrale impiantato è stata in grado di utilizzare un braccio robotico per raggiungere e raccogliere una bottiglia di caffè, avvicinarla al viso abbastanza da poter bere da una cannuccia e quindi rimettere la bottiglia su la tavola.
Il paziente tetraplegico è stato dotato di un impianto cerebrale elettronico che può guidare un braccio robotico per raggiungere e afferrare oggetti ( guarda il video ). Uno studio pubblicato oggi sulla rivista Natura mostra che le persone con i chip cerebrali possono utilizzare i dispositivi per eseguire complessi compiti tridimensionali che potrebbero essere utili nella vita quotidiana. Inoltre, gli elettrodi impiantati possono registrare segnali neuronali fino a cinque anni, più di quanto si sospettasse. In studi precedenti, i pazienti che utilizzavano impianti cerebrali sono stati in grado di spostare un cursore su uno schermo, ma non di eseguire movimenti complicati con oggetti nel mondo reale.
I risultati sono gli ultimi annunci di un team guidato da John Donoghue, neuroscienziato alla Brown University. Donoghue e collaboratori avevano riferito nel 2006 che i pazienti paralizzati da lesioni del midollo spinale potevano utilizzare interfacce cervello-macchina per guidare il movimento dei cursori su uno schermo ed eseguire semplici movimenti di apertura e chiusura con una mano robotica. Ora i ricercatori hanno dimostrato che un'interfaccia cervello-macchina può dirigere compiti più complicati. Non solo le persone possono controllare il cursore di un computer, ma possono controllare dispositivi davvero complessi come un braccio robotico in grado di svolgere le funzioni che il nostro braccio può svolgere, afferma Donoghue.
L'impianto cerebrale è un piccolo array di quattro millimetri su ciascun lato (circa le dimensioni di un'aspirina per bambini, dice Donoghue) con 96 elettrodi simili a capelli che si estendono da un lato. Il dispositivo si trova sulla superficie del cervello e gli elettrodi penetrano di un millimetro nella regione di controllo del braccio della corteccia motoria. L'impianto registra gli impulsi di dozzine di neuroni. L'intenzione di un paziente di muoversi genera questi impulsi, che vengono poi trasmessi a un computer che traduce i modelli di attività elettrica in comandi che possono controllare un braccio robotico.
Ciò che mi colpisce di questo studio è che mostra bene, per la prima volta in pazienti umani, che è possibile utilizzare questi segnali per controllare un robot importante per le attività della vita quotidiana di un paziente, afferma Andrea Jackson, neuroscienziato alla Newcastle University. I ricercatori affermano che i miglioramenti algoritmici nella raccolta dei modelli di attività nel cervello e nell'interpretazione di tali modelli sono stati la chiave per il progresso.
L'obiettivo della sperimentazione clinica pilota è sviluppare tecnologie in grado di ripristinare la capacità di comunicare e muoversi e di dare indipendenza alle persone con malattie o lesioni neurologiche. Finora, sette pazienti sono stati arruolati nello studio. I due partecipanti a questo ultimo lavoro hanno entrambi sofferto di ictus al tronco cerebrale che li hanno resi incapaci di parlare o muovere gli arti. Al momento dello studio, un paziente aveva l'impianto da cinque mesi, l'altro da più di cinque anni.
La longevità degli impianti dimostra che il dispositivo può raccogliere segnali utilizzabili dal cervello per anni, un punto di preoccupazione nel campo. Quando metti qualcosa nel cervello, c'è una reazione alla presenza di quel dispositivo, dice Donoghue. Le cellule vengono danneggiate o spostate dagli elettrodi e il cervello può formare tessuto cicatriziale intorno a loro. Ma non sembra che la reazione del cervello sia un ostacolo alla registrazione, dice Donoghue.
Tuttavia, il segnale si è deteriorato nel tempo. Anche se stanno registrando i segnali cinque anni dopo che l'array è stato inserito, i segnali non sono così stabili di giorno in giorno, dice Jackson. Sottolinea che il tessuto gelatinoso del cervello si muove all'interno del nostro cranio e un impianto rigido e fisso può costringere il cervello a deformarsi attorno ad esso. Se i segnali cambiano di giorno in giorno, [un paziente] dovrebbe ricalibrare il sistema giorno per giorno?
Per ora, l'impianto deve essere collegato a una configurazione esterna, ma i ricercatori Brown e i ricercatori di Microsistemi Blackrock nello Utah (che produce gli impianti) stanno lavorando su versioni wireless che vengono testate sugli animali. Donoghue spera che gli impianti possano eventualmente guidare la stimolazione elettrica dei muscoli di un paziente, aggirando la necessità di braccia robotiche. Tali esperimenti hanno mostrato risultati promettenti nei primati non umani (per esempio, vedere a recente studio della Northwestern University ).