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Suonare il pianoforte con una mano robotica
Attingendo direttamente ai segnali elettrici del cervello, gli scienziati della John's Hopkins University, a Baltimora, stanno per sviluppare una mano protesica più abile che mai. Hanno dimostrato per la prima volta che l'attività neurale registrata dal cervello di una scimmia può controllare le dita di una mano robotica, facendole suonare diverse note su un pianoforte.
Mano robotica: Gli scienziati stanno sviluppando un'interfaccia neurale in grado di utilizzare i segnali nel cervello per controllare le dita di una mano robotica, mostrata qui.
Ci auguriamo che alla fine saremo in grado di impiantare in modo permanente array simili nella corteccia motoria dei soggetti umani, afferma Mark Schieber , neuroscienziato dell'Università di Rochester, a New York, che sta lavorando al progetto. Tuttavia, i ricercatori avvertono che una versione umana pratica dell'interfaccia neurale è ancora molto lontana.
La maggior parte delle mani protesiche attualmente disponibili sono limitate a un movimento di presa simile ad un artiglio. Una versione notevolmente migliorata, lanciata sul mercato la scorsa settimana, utilizza le contrazioni muscolari delle braccia per controllare individualmente le dita. (Vedi Una mano per i feriti.) Anche se questo tipo di design è un enorme vantaggio per gli amputati, tradurre la loro intenzione di muoversi in azione attraverso l'attività muscolare richiede uno sforzo cosciente. A lungo termine, gli scienziati vorrebbero sviluppare una protesi che sia controllata senza sforzo dai pensieri dell'utente. Se puoi attingere al cervello, puoi registrare dal cervello stesso l'intento del movimento della mano e delle dita, dice Nitish Thakor , un neuroingegnere del John's Hopkins, che sta lavorando al progetto.
Finora, gli scienziati hanno realizzato interfacce neurali che consentono alle scimmie – e ai pazienti paralizzati, in alcuni casi sperimentali – di usare la loro attività cerebrale per raggiungere e afferrare con un braccio robotico. (Vedi I chip cerebrali danno nuovi poteri ai pazienti paralizzati.) Tuttavia, le mani protesiche più sofisticate attualmente in fase di creazione richiedono livelli di controllo più fini. Con lo sviluppo della mano protesica altamente abile, ora abbiamo una motivazione per provare a controllare le singole dita, afferma Thakor.
Multimedia
Guarda la traduzione dell'attività neurale in movimenti robotici delle dita.
Guarda una mano robotica, controllata dall'attività neurale, che suona 'Frère Jacques'.
Per realizzare l'interfaccia neurale, i ricercatori hanno registrato l'attività delle cellule cerebrali delle scimmie mentre muovevano le dita in modi diversi. (È stato precedentemente dimostrato che una parte particolare della corteccia motoria controlla il movimento delle dita.) Gli scienziati hanno quindi creato algoritmi per decodificare questi segnali cerebrali identificando i modelli di attività specifici legati a particolari movimenti. Quando il sistema di decodifica è stato collegato a una mano robotica e ha alimentato nuovi modelli di attività neurale, le dita della mano hanno eseguito il movimento previsto il 95% delle volte. I risultati sono estremamente incoraggianti, afferma Krishna Shenoy , un neuroscienziato della Stanford University che non è coinvolto nella ricerca. I ricercatori hanno presentato la loro risultati a una conferenza di ingegneria neurale all'inizio di quest'anno.
Questi esperimenti iniziali sono stati eseguiti off-line, il che significa che l'attività cerebrale è stata registrata e poi inserita nel sistema in un secondo momento. Ma i ricercatori stanno pianificando una dimostrazione dal vivo entro i prossimi sei mesi. Le scimmie impiantate con una serie di elettrodi di registrazione saranno collegate direttamente a una versione virtuale di un braccio protesico, attualmente in fase di sviluppo. Gli scienziati determineranno quindi quanto bene questi animali, addestrati a eseguire specifici movimenti della mano, possono utilizzare la loro attività cerebrale per controllare la mano virtuale in tempo reale.
Sebbene i risultati preliminari siano entusiasmanti, gli scienziati hanno ancora molta strada da fare prima di poter imitare la vera destrezza della mano. Ogni dito ha tre o quattro gradi di libertà che devono essere controllati: flessione ed estensione in ciascuna delle tre articolazioni, nonché adduzione e abduzione, afferma Schieber. A ciò si aggiunge la complessità di muovere cinque dita individuali, a volte all'unisono ea volte indipendentemente.
Gli scienziati non sanno ancora se il sistema di decodifica che hanno costruito sarà in grado di eseguire azioni uniche, movimenti che non facevano parte del repertorio originale utilizzato per creare il decodificatore. A lungo termine, vogliamo che [la scimmia] sia in grado di fare tutto ciò che gli viene in mente in questo momento, afferma Schieber. Ma ottenere l'algoritmo di decodifica per generalizzare in questo modo è un'altra sfida.