Gli Stati Uniti finanzieranno le interfacce cervello-computer avanzate

Mina Hanna e Abdul Obaid | Università di Stanford

L'affermazione di Matt Angle avrebbe potuto suonare eccentrica prima: per anni, ha insistito sul fatto che la chiave per risolvere una delle sfide più difficili della neuroscienza risiedeva in una tecnologia degli anni '60 inventata nella piccola nazione della Moldova.

È molto più difficile respingere l'approccio di Angle ora. Oggi, il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti ha selezionato la piccola società di Angle con sede a San Jose, Paradromics Inc., per guidare uno dei sei consorzi che sostiene con 65 milioni di dollari per sviluppare tecnologie in grado di registrare simultaneamente da un milione di singoli neuroni all'interno di un cervello umano.

La registrazione da un gran numero di neuroni è essenziale se gli ingegneri vogliono creare un collegamento dati senza interruzioni e ad alta velocità tra il cervello umano e i computer, anche per ripristinare i sensi perduti.

Quell'obiettivo è stato molto nelle notizie ultimamente. Ad aprile, Elon Musk ha annunciato di sostenere Neuralink, una società da 100 milioni di dollari che lavora su un'interfaccia cervello-computer . Facebook ha proseguito dicendo che aveva iniziato a funzionare su un dispositivo pensato per testo per consentire alle persone di comporre in silenzio e-mail o post.

Gli annunci hanno generato titoli in tutto il mondo ma anche scetticismo, dal momento che né Musk né Facebook hanno rivelato come avrebbero portato a termine tali imprese (vedi Con Neuralink, Elon Musk promette la telepatia da uomo a uomo. Non crederci.).

Ora i contratti federali, emessi dalla DARPA, offrono uno sguardo su quali tecnologie all'avanguardia potrebbero rendere davvero possibile un modem cerebrale. Includono circuiti flessibili che possono essere stratificati nel cervello, neurograni wireless delle dimensioni di una sabbia e microscopi olografici in grado di osservare migliaia di neuroni contemporaneamente. Altri due progetti mirano a ripristinare la vista con diodi emettitori di luce che coprono la corteccia visiva del cervello.

Le interfacce cervello-computer trasmettono informazioni fuori dal cervello usando l'elettronica. Qui, un primo piano mostra come i fili in miniatura sono legati insieme per creare un contatto elettrico. Questa è la fine che resta fuori dal cervello. Mina Hanna e Abdul Obaid | Università di Stanford

Il bottino di Paradromics è di 18 milioni di dollari, ma il denaro viene fornito con un elenco di requisiti simile a un colpo di luna: l'impianto non dovrebbe essere molto più grande di un nichelino, deve registrare da un milione di neuroni e deve anche essere in grado di inviare il segnale in il cervello.

Stiamo cercando di trovare il punto debole, e penso di averlo trovato, tra essere all'avanguardia e ottenere quante più informazioni in una volta, ma allo stesso tempo non essere così lontani da non poterlo implementare , dice Angolo.

Da quando hanno imparato a usare elettrodi metallici per ascoltare le vibrazioni elettriche di un singolo neurone un secolo fa, gli scienziati non sono mai riusciti a registrare contemporaneamente più di poche centinaia in un cervello umano vivente, che ha circa 80 miliardi di neuroni in tutto .

Angle, 32 anni, dice di essersi imbattuto in quel problema da studente laureato. Voleva studiare il modo in cui gli odori sono rappresentati nel bulbo olfattivo, una parte del cervello proprio dietro il naso. Ma lo sforzo è stato ostacolato dalla mancanza di un modo per registrare da più di una manciata di neuroni alla volta.

Fu allora che un professore della Howard University, padre di uno dei vecchi amici del college di Angle, menzionò un'oscura azienda moldava che aveva sviluppato un modo per allungare il metallo caldo e produrre in serie bobine di fili isolati estremamente sottili, spessi appena 20 micron.

La tecnica, simile a quella che produce i fili di fibra ottica, viene utilizzata per creare antenne e per realizzare fili magnetici che gli hotel possono cucire negli asciugamani per evitare che i clienti li rubino. Ma Angle e i suoi collaboratori, Andreas Schaefer del Francis Crick Institute e Nick Melosh della Stanford University, si sono resi conto che i materiali potevano consentire loro di entrare in contatto elettrico con un gran numero di cellule cerebrali contemporaneamente.

Oggi, dice Angle, il suo team ordina bobine di filo e poi raggruppa i fili in fili spessi 10.000 fili. Un'estremità dei fili può essere affilata, creando una superficie simile a un pennello che può penetrare nel cervello come farebbero gli aghi. Angle dice che lo spessore dei fili è calibrato in modo che sia abbastanza forte da non piegarsi mentre viene spinto nel cervello, ma abbastanza sottile da non causare molti danni.

Le altre estremità dei cavi vengono incollate insieme, lucidate e quindi premute su un microprocessore con decine di migliaia di piattaforme di atterraggio distanziate casualmente, alcune delle quali si legano ai cavi. Questi pad rilevano i segnali elettrici convogliati attraverso i fili dal cervello in modo che possano essere conteggiati e analizzati. Angle afferma che la connettorizzazione di così tanti fili è ciò che ha trattenuto tali concetti in passato.

Nel caso di Paradromics, l'obiettivo finale è una connessione ad alta densità con il centro del discorso del cervello che potrebbe consentire all'azienda di attingere alle parole che una persona sta pensando di dire. Ma se la tecnologia funziona, potrebbe anche espandere notevolmente la capacità dei neuroscienziati di ascoltare mentre grandi insiemi di neuroni generano comportamenti complessi, uniscono stimoli sensoriali e persino creano la coscienza stessa.

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