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Potere del cervello
In un piccolo laboratorio della Brown University di Providence, RI, un macaco rhesus siede su una sedia di fronte allo schermo di un computer, afferrando la maniglia di un dispositivo che assomiglia molto al timone di una barca a vela. Per il momento, la scimmia utilizza questo dispositivo come se fosse un joystick di computer per controllare un semplice videogioco: sullo schermo appare un puntino colorato e l'animale sposta il cursore per incontrarlo. Una volta che l'animale diventa bravo nel compito, i ricercatori nella stanza adiacente azionano un interruttore e saranno i segnali direttamente dal cervello della scimmia, non i movimenti del joystick, a guidare il cursore.
Questa inquietante impresa è possibile perché i ricercatori, guidati dal neuroscienziato Brown John Donoghue, hanno impiantato una piccola serie di elettrodi nel cervello della scimmia. Gli elettrodi intercettano i segnali dei singoli neuroni nel cervello e un algoritmo informatico appositamente sviluppato traduce questi segnali in traiettorie e velocità per il cursore del computer. Le ambizioni dei ricercatori, tuttavia, vanno ben oltre le scimmie che giocano ai videogiochi. La loro speranza è che il loro sistema di interfaccia cervello-macchina dia ai pazienti paralizzati da lesioni del midollo spinale o malattie neurodegenerative nuove capacità di interagire con il mondo che li circonda, usando nient'altro che il potere dei loro pensieri.
Questa storia faceva parte del nostro numero di aprile 2002
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Donoghue e il suo team hanno lanciato Cyberkinetics nel giugno 2001 per perseguire quella visione. L'azienda è una delle prime a nascere dalla ricerca sulle interfacce cervello-macchina, finora relegata principalmente a una manciata di laboratori accademici di tutto il mondo ( vedi Interfacce cervello-macchina , BAMBINI gennaio/febbraio 2001 ). E mentre resta ancora molto da fare, un sistema come quello della Cybercinetica che attinge direttamente al cervello potrebbe teoricamente fornire ai pazienti paralizzati i mezzi per controllare computer, ausili robotici e forse anche i propri muscoli. Cyberkinetics mira a iniziare a testare questa teoria negli esseri umani entro la fine di quest'anno.
Negli studi sulle scimmie che apriranno la strada ai test sull'uomo, l'azienda, che comprende i cofondatori Nicholas Hatsopoulos dell'Università di Chicago, lo studente Brown MD/PhD Mijail Serruya e Gerhard Friehs, un neurochirurgo del Rhode Island Hospital di Providence, si sta concentrando su l'area del cervello che impartisce comandi al braccio della scimmia. Friehs inizia impiantando una serie di quattro millimetri quadrati di 100 elettrodi in questa regione, che si trova nello strato più esterno del cervello, a circa metà strada tra l'orecchio e la parte superiore del cranio. Dopo l'intervento, un piccolo fascio di fili si snoda dalla matrice attraverso un foro nel cranio dell'animale; quei fili sono collegati a un computer, alimentando i segnali elettrici generati dai neuroni che sparano vicino a ciascun elettrodo nella macchina.
Hatsopoulos siede al computer mentre la scimmia collegata si esercita con un videogioco nella stanza accanto. L'attività cerebrale rilevata dall'array lampeggia sullo schermo come un miscuglio di grafici ipercinetici simili a ECG; resi udibili dagli altoparlanti del computer, i segnali del cervello scattano, scoppiettano e scoppiettano come Rice Krispies nel latte. Hatsopoulos alza il volume. Non mi stanco mai di ascoltarlo, dice. È davvero come leggere la mente, origliare le cellule del cervello mentre la scimmia pensa a qualcosa. Il software di riconoscimento del modello pesca i picchi di segnale, ciascuno dei quali rappresenta un singolo lancio di un singolo neurone, dal rumore di fondo del cervello e li mette in relazione con la posizione del braccio della scimmia. La cosa sorprendente, dice Donoghue, è che molto rapidamente puoi avere un'idea dell'attività dei neuroni ed estrarre la traiettoria della mano. Infatti, utilizzando solo tre minuti circa di dati dell'esercizio con il videogioco, il computer può costruire un modello in grado di estrapolare i movimenti del braccio della scimmia dal solo segnale cerebrale. Una volta che il modello è stato messo a punto, il computer può utilizzare il segnale del cervello per guidare un cursore o un braccio robotico in tempo reale.
Risultati così promettenti fanno parte di ciò che ha ispirato i ricercatori a lanciare la Cybercinetica e a spingere verso gli studi clinici. Sappiamo già così tanto; ora mettiamolo in pratica, dice Serruya. I partecipanti ai primi test umani di Cyberkinetics saranno pazienti rinchiusi che, a causa di lesioni, ictus o malattie neurologiche, sono completamente paralizzati, incapaci persino di comunicare se non attraverso sottili movimenti degli occhi. In quelle prove iniziali, l'azienda impianterà la serie di elettrodi, prodotta da Salt Lake City, Bionic Technologies, con sede in UT, ma l'hardware di elaborazione del segnale e l'alimentazione rimarranno al di fuori del corpo. Se quei primi test sull'uomo confermano la promessa degli esperimenti sulle scimmie, l'azienda prevede di sviluppare ulteriormente la tecnologia per creare un dispositivo completamente impiantabile.
Ad oggi, solo un'azienda ha condotto test sull'uomo di un impianto di registrazione del cervello con l'obiettivo di aiutare a ripristinare la funzione nei pazienti paralizzati: Neural Signals, con sede ad Atlanta, GA. Invece di un array di elettrodi, l'azienda impianta due elettrodi neurotrofici: tubi di vetro contenenti minuscoli fili e una sostanza che incoraggia le cellule cerebrali a crescere nei dispositivi. Il neurologo e fondatore di Neural Signals Philip Kennedy afferma che gli studi, iniziati nel 1997, stanno procedendo più lentamente di quanto inizialmente sperato, ma che l'azienda dovrebbe avere dei risultati chiari entro la fine dell'anno. I ricercatori di Cyberkinetics ritengono, tuttavia, che l'impianto di 100 elettrodi invece di solo due renderà il loro sistema più robusto e consentirà di raccogliere più informazioni dal cervello.
Sebbene il recente lavoro sulle interfacce cervello-macchina sia incoraggiante, rimangono alcuni ostacoli significativi, afferma William Heetderks, capo del Programma di protesi neurale del National Institutes of Health, che aiuta a finanziare la ricerca sull'interfaccia cervello-macchina. Forse la sfida più grande, dice Heetderks, è costruire un'interfaccia tra il dispositivo di registrazione (un componente hardware rigido) e il cervello (una massa soffice che galleggia nel liquido cerebrospinale) che manterrà la sua posizione precisa per decenni, nonostante i piccoli movimenti del cervello. . Mentre entrambi i dispositivi di Kennedy e Donoghue rappresentano un progresso su quel fronte-Kennedy incoraggiando le cellule a crescere nel dispositivo e stabilizzare la connessione, quelli di Donoghue afferrano il cervello proprio come le tacchette da golf aderiscono alla terra bagnata - Heetderks pensa che alla fine potrebbe essere necessaria una combinazione di approcci . A questo punto, dice Heetderks, gli studi sull'uomo potrebbero essere ancora un po' prematuri. Ma ovviamente questa è solo un'opinione.
Greg Licholai, direttore delle iniziative e dello sviluppo del business per la divisione neurologica di Minneapolis, Medtronic con sede a Minnesota, offre una visione diversa. Questo è davvero un passo avanti nell'approccio ai disturbi neurologici, dice Licholai degli sforzi di Donoghue. Non credo che ci saranno problemi a reclutare pazienti e il sistema è stato ben dimostrato in un modello animale. L'unico potenziale ostacolo è il tempo che impiegano per redigere i documenti e ottenere l'approvazione della FDA per quelle sperimentazioni in fase iniziale.
Il manager aziendale e unico dipendente di Cyberkinetics, lo studente Brown Mikhail Shapiro, sta aiutando l'azienda a cercare il team di gestione e i finanziamenti necessari per mettere in ordine le scartoffie e avviare i test umani. Shapiro e i fondatori dell'azienda si rendono conto che dovranno affrontare sfide sia commerciali che tecnologiche, ma sono anche convinti che, come dice Hatsopoulos, questo sia reale. Questo aiuterà davvero le persone.