Nuovo approccio potrebbe portare a protesi elettroniche controllate dal pensiero

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

Ora, uno studio nuovo proveniente da Stanford mira a risolvere questo problema. I ricercatori dell’università hanno lavorato costantemente sulla tecnologia che potrebbe portare ai pazienti paralizzati a riacquistare il controllo delle loro membra. In particolare, hanno mirato a una tecnologia che avrebbe permesso a questi pazienti di controllare protesi e interagire con i computer utilizzando 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 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 a un individuo che ha subito un trauma alla colonna vertebrale o una condizione neurologica.

I dispositivi attuali registrano grandi quantità di attività neurale e le trasmettono attraverso fili a un computer, e quando i ricercatori tentano di creare interfacce cervello-computer wireless, è allora che 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 realizzare un dispositivo wireless in grado di raccogliere e trasmettere segnali neurali precisi, 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 descritto dallo studente di dottorato Nir Even-Chen e dal ricercatore post-dottorato Dante Muratore, PhD, in un articolo pubblicato su Nature Biomedical Engineering.

Isolamento dei segnali neurali

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

Gli ingegneri elettrici hanno poi creato la circuitazione che avrebbe portato a un’interfaccia cervello-computer wireless in grado di elaborare e trasmettere i segnali neurali identificati. Isolando i segnali, è stata richiesta meno potenza, rendendo i dispositivi sicuri per essere impiantati sulla superficie del cervello.

Il team ha testato il loro approccio utilizzando dati neuronali raccolti da tre primati non umani e un partecipante umano. Nel trial clinico, i soggetti hanno eseguito compiti di movimento come posizionare un cursore su uno schermo del computer. Hanno poi registrato le misurazioni, e il team è stato in grado di determinare che registrando un subset di segnali cerebrali specifici dell’azione, il movimento di un individuo poteva essere controllato da un’interfaccia wireless.

Il fattore principale che separa questo dispositivo da quello con fili è l’isolamento, con il dispositivo con fili che raccoglie segnali cerebrali in blocco.

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