Un nuovo approccio potrebbe portare a protesi elettroniche controllate dal pensiero

Gli attuali impianti neurali sono in grado di registrare enormi quantità di attività neurale, che viene poi trasmessa tramite cavi a un computer. I ricercatori hanno tentato di sviluppare interfacce cervello-computer wireless per completare questa azione, ma ciò richiede una grande quantità di energia. A causa di questa elevata quantità di energia, viene generato troppo calore, rendendo gli impianti non sicuri per i pazienti. 

Ora, un nuovo studio in uscita da Stanford mira a risolvere questo problema. I ricercatori dell'università hanno costantemente lavorato alla tecnologia che potrebbe portare i pazienti paralizzati a riprendere il controllo dei propri arti. Nello specifico, hanno puntato verso una tecnologia che consentisse a questi pazienti di controllare le protesi e interagire con i computer usando i loro pensieri. 

Interfaccia cervello-computer

Per raggiungere questo obiettivo, il team si è concentrato sul miglioramento di un'interfaccia cervello-computer, che è un dispositivo che viene impiantato sulla superficie del cervello di un paziente, appena sotto il cranio. L'impianto collega il sistema nervoso umano a un dispositivo elettronico, che potrebbe aiutare a ripristinare il controllo motorio di un individuo che ha subito una lesione del midollo spinale o una condizione neurologica.

I dispositivi attuali registrano grandi quantità di attività neurale e la trasmettono attraverso i fili a un computer, e quando i ricercatori provano a creare interfacce cervello-computer senza fili, è quando viene generato troppo calore. 

Il team di ingegneri elettrici e neuroscienziati, tra cui Krishna Shenoy, PhD, e Boris Murmann, PhD, e il neurochirurgo e neuroscienziato Jaimie Henderson, MD, hanno dimostrato un possibile modo per ottenere un dispositivo wireless in grado di raccogliere e trasmettere segnali neurali accurati, il tutto utilizzando un decimo della potenza richiesta dai sistemi attuali. 

I dispositivi wireless suggeriti sembrerebbero più naturali di quelli con fili e i pazienti avrebbero una maggiore libertà di movimento.

L'approccio è stato dettagliato dallo studente laureato Nir Even-Chen e dal borsista postdottorato Dante Muratore, PhD in a carta pubblicato nella Natura Ingegneria Biomedica. 

Isolamento dei segnali neurali

I neuroscienziati sono stati in grado di identificare specifici segnali neurali necessari per controllare un dispositivo protesico. Il dispositivo potrebbe essere qualsiasi cosa, da un braccio robotico al cursore di un computer. 

Gli ingegneri elettrici hanno quindi creato i circuiti che porterebbero a un'interfaccia cervello-computer wireless in grado di elaborare e trasmettere i segnali neurali identificati. Isolando i segnali, era necessaria meno energia, il che rendeva sicuro l'impianto dei dispositivi sulla superficie del cervello.

Il team ha testato il proprio approccio utilizzando i dati neuronali raccolti da tre primati non umani e un partecipante umano. Nella sperimentazione clinica, i soggetti hanno eseguito compiti di movimento come posizionare un cursore sullo schermo di un computer. Hanno quindi registrato le misurazioni e il team è stato in grado di determinare che registrando un sottoinsieme di segnali cerebrali specifici dell'azione, il movimento di un individuo potrebbe essere controllato da un'interfaccia wireless. 

Il principale fattore di separazione tra questo dispositivo e il dispositivo cablato è l'isolamento, con il dispositivo cablato che raccoglie i segnali cerebrali alla rinfusa. 

Il team di ricercatori ora costruirà un impianto basato sul nuovo approccio e design.