Quest’anno ha dato origine a un incredibile mix di impianti cerebrali in grado di registrare, decodificare e alterare l’attività cerebrale.

Sembra un déjà vu: anche le interfacce cervello-macchina vivevano gratis nella mia testa il riepilogo dell'anno scorso, ma per una buona ragione. I neuroscienziati stanno costruendo chip elettronici sempre più sofisticati e flessibili che integrano perfettamente l’intelligenza artificiale con il nostro cervello e il midollo spinale a una velocità da record. Ciò che prima era fantascienza, ad esempio aiutare le persone paralizzate a riacquistare la capacità di camminare, nuotare e andare in kayak, ora è realtà.

Quest’anno, gli impianti cerebrali hanno ulteriormente trasformato la vita delle persone. La salsa non così segreta? AI.

Un impianto nel midollo spinale di un paziente affetto dal morbo di Parkinson, che distrugge lentamente un tipo di cellula cerebrale preposta alla pianificazione dei movimenti, ha tradotto la sua intenzione di muoversi. Dopo decenni, l’uomo poteva di nuovo passeggiare con facilità lungo una strada lungo la spiaggia. Lo studio apre la strada al ripristino del movimento in altri disturbi cerebrali La malattia di Lou Gehrig, dove le connessioni neurali ai muscoli si disintegrano lentamente, o nelle persone con danni cerebrali dovuti a ictus.

Un'altra prova hanno utilizzato la stimolazione elettrica per potenziare la memoria a breve termine nelle persone che vivono con lesioni cerebrali traumatiche. Gli zap attentamente programmati hanno aumentato l’attenzione nell’arco di decenni dopo l’infortunio, consentendo ai partecipanti di destreggiarsi tra più attività quotidiane e perseguire hobby come la lettura.

Gli impianti cerebrali prosperarono anche come strumenti diagnostici. Uno studio hanno utilizzato impianti per decodificare i modelli delle onde cerebrali associati alla depressione e per prevedere potenzialmente la ricaduta. Lo studio ha decifrato come i segnali cerebrali differiscono tra un cervello sano e uno depresso, il che potrebbe ispirare algoritmi migliori per allontanare l’attività cerebrale dalla depressione.

Ma forse il progresso più grande è avvenuto nella decodifica del parlato, ovvero nelle tecnologie tradurre i pensieri in parole e frasi. Queste tecnologie supportano le persone che hanno perso la capacità di parlare, offrendo loro un modo alternativo per comunicare con i propri cari.

Ecco i punti salienti del 2023 di una nuova generazione di “lettura del cervello” impianti.

Pensieri in testo

Parliamo ad una velocità di circa 150 parole al minuto. È un livello elevato per gli impianti cerebrali.

Molti disturbi neurologici, come ictus, paralisi o sindrome da lock-in, privano una persona della capacità di parlare, anche se la sua mente è ancora coerente. All'inizio di quest'anno, un team di Stanford ha aiutato una donna di 67 anni a ripristinare la sua capacità di parlare a 62 parole al minuto, oltre tre volte la velocità degli impianti precedenti. La donna ha perso la voce a causa della malattia di Lou Gehrig, che mina lentamente la capacità del cervello di controllare i muscoli per la parola, il movimento e infine la respirazione.

Lo studio ha utilizzato un’enorme libreria di parole per decodificare il suo discorso da due fonti: l’attività elettrica nell’area di Broca, il “centro del linguaggio” del cervello, e dai muscoli intorno alla bocca. Questi segnali sono stati immessi in una rete neurale ricorrente, un tipo di algoritmo di apprendimento profondo, per distinguere gli elementi di base del discorso. In soli tre giorni, il sistema è riuscito a decodificare i pensieri della donna a velocità record, anche se con errori.

Un altro sistema è andato meglio. Invece di utilizzare elettrodi che penetrano nel cervello, il dispositivo, chiamato ECoG per l’elettrocorticografia, è costituito da piccoli elettrodi a forma di piastra posizionati sulla superficie del cervello per catturare i segnali elettrici. Deve ancora essere impiantato sotto il cranio ma limita i danni ai tessuti sensibili del cervello. Ogni elettrodo, grande all’incirca quanto la testa di una puntina da disegno, può registrare segnali neurali di alta qualità.

ECoG era usato per la prima volta all’inizio di questo secolo per registrare segnali di linguaggio e di movimento nelle persone affette da epilessia. Ben presto si trasformò in un dispositivo che consentiva una persona con sindrome di lock-in per comunicare i propri pensieri utilizzando l'impianto a casa.

La novità è l’introduzione dell’intelligenza artificiale. Alcuni algoritmi decodificavano l’attività cerebrale dei movimenti vocali – ad esempio, la posizione della lingua e la forma della bocca – mentre modelli linguistici di grandi dimensioni, come quelli alla base di ChatGPT, costruivano frasi a partire dai dati. Sebbene il sistema potesse tradurre i segnali cerebrali in testo a circa 78 parole al minuto, circa un quarto presentava errori. Ma la comunicazione non verbale ha compensato gli errori: l’impianto ha utilizzato le espressioni facciali per animare un avatar digitale, offrendo ai pazienti un’altra modalità di comunicazione.

Un punto di svolta

Gli impianti cerebrali sono un tipo di interfaccia cervello-macchina. Fedeli al loro nome, questi dispositivi collegano il cervello ai computer. Come collegano i due e sono ampiamente aperti a soluzioni creative.

La maggior parte dei sistemi misura l’attività elettrica nel cervello e spesso richiede cavi che collegano gli elettrodi ai computer in grado di decodificare l’attività neurale.

Quest'anno, uno studio tagliare il cordone con un impianto wireless. Il sistema è costituito da circuiti stampati flessibili e granulosi sparsi nel cervello in grado di rilevare e memorizzare temporaneamente i cambiamenti nell’attività. Questi “nodi” trasmettono i dati in modalità wireless a un ricevitore a forma di cuffia, che elabora le informazioni, controlla la stimolazione cerebrale tramite i nodi e alimenta l’array. Sebbene sia wireless, il sistema richiede comunque un intervento chirurgico per l’impianto.

Un'alternativa? Dispositivi che catturano i segnali cerebrali senza intervento chirurgico.

Uno studio ha utilizzato l’intelligenza artificiale per tradurre i dati della risonanza magnetica funzionale (fMRI), una tecnica non invasiva, nella “sostanza” dei pensieri di una persona. La tecnologia non traduce l’attività cerebrale in parole; invece, cattura le idee mentre si evolvono, anche se le parole esatte si perdono nella traduzione. Un altro studio ha misurato l'attività cerebrale con un copricapo simile a una cuffia da nuoto incorporato con elettrodi che si trovano sul cuoio capelluto. Mentre un utente leggeva silenziosamente le frasi nella sua mente, il berretto, con l’aiuto dell’intelligenza artificiale, traduceva i suoi “pensieri” in testo.

Altri dispositivi stanno esplorando metodi completamente nuovi per collegare la macchina al cervello, ad esempio con la luce. Uno studio recente neuroni combinati geneticamente modificati per rispondere alla luce e a sonde flessibili che attivano questi neuroni con diversi colori di luce LED. Combinato con una tecnologia comune che controlla le impostazioni della luce, il dispositivo, con oltre un migliaio di pixel LED indipendenti, potrebbe controllare l’attività di più neuroni individuali contemporaneamente.

Le cellule cerebrali sono rumorose. Il nuovo dispositivo ha aiutato a risolvere la cacofonia per risolvere i circuiti cerebrali alla base di specifici ruoli mentali. Ha attivato neuroni fino a cinque millimetri di profondità all'interno del cervello di un topo, all'incirca la parte più spessa della corteccia umana.

Cambiamento di paradigma

Gli impianti cerebrali non sono macchine per leggere la mente. Ma man mano che la tecnologia si evolve, è probabile che se ne incontrino numerosi mine etiche. Un dispositivo che trasmette pensieri sotto forma di testo, ad esempio, potrebbe inavvertitamente violare la privacy.

L’Organizzazione delle Nazioni Unite per l’Educazione, la Scienza e la Cultura (UNESCO) sta già guardando avanti. Quest'estate, loro ha rilasciato un progetto sulla neurotecnologia, chiedendo normative globali e un quadro etico mentre gli impianti cerebrali si lanciano verso un futuro sconosciuto. L’organizzazione aveva precedentemente sviluppato linee guida simili per altre scoperte chiave, come come utilizzare e condividere i dati genetici umani e come sviluppare l’intelligenza artificiale per migliorare la società nel suo complesso.

Gli impianti cerebrali si sono evoluti rapidamente, ma la loro utilità nel mondo reale è appena iniziata. Con il potere di trasformazione deriva la responsabilità. Una conversazione globale su accesso, uguaglianza, privacy e, più filosoficamente, su cosa significa essere umani non dovrebbe essere un ripensamento. Piuttosto, potrebbe essere importante quanto la tecnologia stessa mentre proseguiamo nell’era dei cyborg.

Immagine di credito: Jerry Tang/Martha Morales/Università del Texas ad Austin

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• Fonte: https://singularityhub.com/2023/12/29/welcome-to-the-cyborg-era-brain-implants-transformed-lives-this-year/