I ricercatori fanno una svolta nella tecnologia dell’interfaccia cervello-computer

BrainGate i ricercatori hanno recentemente fatto un importante passo avanti nel campo delle interfacce cervello-computer (BCI) dopo che i partecipanti ai trial clinici con tetraplegia hanno dimostrato l’uso di un BCI wireless intracorticale con un trasmettitore wireless esterno. È stata la prima volta che un tale sistema è stato utilizzato e è in grado di trasmettere segnali cerebrali con una risoluzione di singolo neurone. 

La ricerca è stata pubblicata su IEEE Transactions on Biomedical Engineering lo scorso mese. 

Il sistema trasmette anche in piena fedeltà a larga banda e non richiede di fisicamente collegare l’utente a un sistema di decodifica. Invece dei tradizionali cavi, il sistema si basa su un trasmettitore da 2 pollici che pesa appena oltre 1,5 once. Quest’unità viene posizionata sulla testa dell’utente e si collega a una matrice di elettrodi che si trova nella corteccia motoria del cervello, e lo fa attraverso la stessa porta utilizzata dai sistemi cablati. 

Lo studio ha coinvolto due partecipanti ai trial clinici che hanno la paralisi e hanno utilizzato il sistema BrainGate con un trasmettitore wireless. Attraverso il trasmettitore wireless, sono stati in grado di puntare, fare clic e digitare su un tablet standard. 

Lo studio ha dimostrato che il sistema wireless è in grado di trasmettere segnali con la stessa fedeltà dei sistemi cablati.

John Simeral è un professore assistente di ingegneria alla Brown University. È l’autore principale dello studio e un membro del consorzio di ricerca BrainGate. 

“Abbiamo dimostrato che questo sistema wireless è funzionalmente equivalente ai sistemi cablati che sono stati il gold standard per le prestazioni BCI per anni”, ha detto Simeral. “I segnali vengono registrati e trasmessi con una fedeltà appropriatamente simile, il che significa che possiamo utilizzare gli stessi algoritmi di decodifica che abbiamo utilizzato con l’attrezzatura cablata. La sola differenza è che le persone non devono più essere fisicamente collegate al nostro equipaggiamento, il che apre nuove possibilità su come il sistema può essere utilizzato.”

Secondo i ricercatori, la nuova svolta ci avvicina a un sistema intracorticale completamente impiantabile che può fornire agli individui feriti la capacità di muoversi nuovamente. La nuova tecnologia è il primo dispositivo a trasmettere l’intero spettro di segnali registrati da un sensore intracorticale. 

I risultati dello studio

Il trial ha coinvolto un uomo di 35 anni e un uomo di 63 anni che entrambi soffrono di lesioni alla colonna vertebrale. Sono stati in grado di utilizzare il sistema a casa invece che in laboratorio a causa della mancanza di cavi e sono stati in grado di utilizzarlo per fino a 24 ore. Questo lungo periodo di tempo ha consentito ai ricercatori di raccogliere dati di lunga durata. 

Leigh Hochberg è un professore di ingegneria alla Brown e un ricercatore all’Istituto di scienze del cervello Carney della Brown. Hochberg ha guidato il trial clinico BrainGate. 

“Vogliamo capire come i segnali neurali evolvono nel tempo”, ha detto Hochberg. “Con questo sistema, siamo in grado di esaminare l’attività cerebrale, a casa, per lunghi periodi in un modo che era quasi impossibile prima. Ciò ci aiuterà a progettare algoritmi di decodifica che forniscono una restaurazione comunicativa e motoria senza soluzione di continuità, intuitiva e affidabile per le persone con paralisi.”

Consorzio BrainGate 

Il consorzio BrainGate è un gruppo interdisciplinare di ricercatori delle università di Brown, Stanford e Case Western Reserve. Include anche individui del Providence Veterans Affairs Medical Center e del Massachusetts General Hospital. 

Il team ha pubblicato una ricerca nel 2012 che ha dimostrato come i partecipanti ai trial clinici potessero operare protesi robotiche multidimensionali utilizzando un BCI per la prima volta. Da allora, il gruppo ha continuato a perfezionare il sistema e ha raggiunto nuove svolte. 

Sharlene Flesher è coautrice e precedente borsista postdottorale alla Stanford. Flesher ora lavora come ingegnere hardware alla Apple. 

“L’evoluzione delle BCI intracorticali da richiedere un cavo a utilizzare invece un trasmettitore wireless miniaturizzato è un passo importante verso l’uso funzionale di interfacce neurali ad alte prestazioni completamente impiantabili”, ha detto Flesher. “Mentre il campo si dirige verso la riduzione della larghezza di banda trasmessa preservando l’accuratezza del controllo dei dispositivi di assistenza, questo studio può essere uno dei pochi che cattura l’intera ampiezza dei segnali corticali per periodi di tempo prolungati, compreso durante l’uso pratico del BCI.” 

Il team BrainGate è stato in grado di continuare a lavorare durante la pandemia di COVID-19 poiché il dispositivo è wireless e può essere utilizzato a casa senza un tecnico. 

Hochberg è anche un neurologo di terapia intensiva al Massachusetts General Hospital e direttore del Centro di riabilitazione e sviluppo della tecnologia neurologica del V.A. 

“Nel marzo 2020, è diventato chiaro che non saremmo stati in grado di visitare le case dei nostri partecipanti alla ricerca”, ha detto Hochberg. “Ma formando i caregiver su come stabilire la connessione wireless, un partecipante alla ricerca è stato in grado di utilizzare il BCI senza che membri del nostro team fossero fisicamente presenti. Quindi non solo siamo stati in grado di continuare la nostra ricerca, ma questa tecnologia ci ha anche permesso di continuare con la piena larghezza di banda e fedeltà che avevamo prima.”

Secondo Simeral, “Molte aziende sono entrate meravigliosamente nel campo delle BCI e alcune hanno già dimostrato l’uso umano di sistemi wireless a bassa larghezza di banda, compresi alcuni che sono completamente impiantati. In questo rapporto, siamo entusiasti di aver utilizzato un sistema wireless ad alta larghezza di banda che avanza le capacità scientifiche e cliniche per i sistemi futuri.”