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I ricercatori sfruttano il potere dei cervelli in rete in scimmie e topi
Una nuova ricerca dimostra che due teste sono effettivamente meglio di una, almeno nell'esecuzione di alcuni semplici compiti computazionali.
Il lavoro dimostra per la prima volta che più cervelli di animali possono essere collegati in rete e sfruttati per eseguire un comportamento specifico, afferma miguel nicolelis , professore di neurobiologia e ingegneria biomedica alla Duke University ed esperto di interfacce cervello-macchina. Dice che questo tipo di interfaccia cervello-macchina condivisa potrebbe essere potenzialmente utile per i pazienti con danni cerebrali, oltre a far luce su come i cervelli degli animali lavorano insieme per eseguire comportamenti collettivi.
Nicolelis ei suoi colleghi hanno pubblicato oggi due studi separati, uno coinvolgente topi e l'altro coinvolgente scimmie , che descrivono esperimenti su reti di cervelli e illustrano come tali cervelli potrebbero essere utilizzati per combinare le uscite elettriche dai neuroni di più animali per svolgere compiti. Le reti del cervello dei topi spesso hanno funzionato meglio di un singolo cervello, riferiscono, e nell'esperimento della scimmia i cervelli di tre individui hanno collaborato per completare un compito basato sulla realtà virtuale troppo complicato per essere eseguito da uno solo.
Per costruire una rete cerebrale, i ricercatori prima impiantano array di elettrodi a microcavi in grado di registrare segnali e fornire impulsi di stimolazione elettrica ai neuroni nella stessa regione in più cervelli di ratto. Nel caso dell'esperimento sui topi, hanno quindi collegato fisicamente coppie di cervelli di ratto tramite un'interfaccia cervello-cervello (vedi Rats Communicate Through Brain Chips). Una volta che i gruppi di tre o quattro ratti sono stati interconnessi, i ricercatori hanno fornito impulsi elettrici prescritti a singoli ratti, porzioni del gruppo o l'intero gruppo e hanno registrato le uscite.
I ricercatori hanno testato la capacità delle reti cerebrali di ratto di eseguire attività informatiche di base. Ad esempio, fornendo schemi di impulsi elettrici derivati da un'immagine digitale, hanno registrato le uscite elettriche e misurato quanto bene la rete di neuroni elaborava quell'immagine. In un altro test, i ricercatori hanno fornito informazioni sulla pressione barometrica e sulla temperatura e la rete cerebrale ha calcolato la probabilità di pioggia. Le reti cerebrali erano costantemente migliori di un singolo cervello, specialmente quando l'attività prevedeva più di una fase di calcolo.
Nell'esperimento sulle scimmie, i ricercatori hanno combinato due o tre cervelli per eseguire un compito motorio virtuale in tre dimensioni. Dopo aver impiantato gli elettrodi, hanno usato le ricompense per addestrare singole scimmie a muovere un braccio virtuale verso un bersaglio su uno schermo. Il cervello di una singola scimmia non ha la capacità di muovere il braccio in tre dimensioni, dice Nicolelis, quindi ogni scimmia ha imparato a manipolare il braccio all'interno di un certo sottospazio dello spazio virtuale 3-D. Il compito più grande non può essere completato a meno che almeno due cervelli lavorino insieme e raggiungano un livello di sincronizzazione relativamente alto, dice.
I ricercatori hanno posizionato tre scimmie in stanze separate con schermi, registrato le uscite elettriche mentre gli animali svolgevano i loro rispettivi compiti e quindi hanno usato un computer per combinare le uscite. Anche se le scimmie non sapevano che stavano collaborando, dice Nicolelis, i loro cervelli si sono sincronizzati molto rapidamente e nel tempo sono migliorati sempre di più nel muovere il braccio.
Nicolelis afferma che il fenomeno che ha portato a questa sincronia potrebbe avere importanti implicazioni biomediche. Le interfacce macchina del cervello condivise come quelle mostrate qui consentiranno l'apertura di nuovi orizzonti per le applicazioni cliniche, afferma. Ad esempio, suggerisce, forse le persone neurologicamente disabili potrebbero condividere una sana attività cerebrale dagli altri ed eseguire in modo collaborativo esercizi di neuroriabilitazione basati sulla realtà virtuale.