• Hanns J. Neubert

Il transfert del pensiero.

Brain1Innovazione. Le interfacce cervello-computer inviano informazioni direttamente da un cervello vivo ai circuiti elettrici dei computer. In questo modo, le persone oggi possono controllare le macchine semplicemente pensando. E questo è solo l'inizio.

Gertrude sta trasmettendo. Il chip, impiantato sotto il cranio del maiale, misura appena 23 millimetri di diametro. Registra i deboli segnali nervosi di 1024 cavi dotati di elettrodi, li digitalizza e li invia via Bluetooth a un computer. Il computer ricostruisce ciò che accade nel cervello di Gertrude quando cammina, si alza o si sdraia.

Quando il multimiliardario Elon Musk presenta il suo collegamento cerebrale al computer Neuralink su YouTube alla fine di agosto 2020, un accenno a ciò che potrebbe essere possibile in futuro si diffonde in tutto il mondo. Saremo in grado di controllare le macchine con il nostro pensiero in futuro, anche se si trovano in altri continenti, grazie alle Brain-Computer-Interfaces (BCI)? Sciami diretti di droni sul territorio nemico con la sola forza del pensiero? Leggere i nostri pensieri nei computer? E infine trasferire la conoscenza dell'intelligenza artificiale nel nostro cervello attraverso un computer?

"In realtà, quello che Musk ha fatto oggi è più o meno lo stato dell'arte", spiega Thomas Stieglitz, professore di Microtecnologia Biomedica presso l'Istituto di Tecnologia dei Microsistemi (IMTEK) dell'Università di Friburgo, il più grande istituto universitario di microtecnica in Europa, e uno dei più importanti esperti tedeschi nello sviluppo delle tecnologie BCI.

Tuttavia, il ricercatore è sospettoso di cacce record à la Musk che richiedono PR. "Oggi le BCI non sono necessariamente più alte, più veloci, più lontane, il numero massimo di cavi nel cervello", crede il neurotecnologo. "A volte basta avere sistemi di controllo intelligenti che siano in grado di supportare il cervello solo in pochi punti al momento giusto e nel modo giusto, in modo che possa recuperare dopo un ictus, per esempio.

La missione di Stieglitz è quella di fornire alle persone con disabilità o malattie neurologiche una migliore qualità di vita. "Se 16 contatti nei punti giusti del cervello sono sufficienti per migliorare la qualità della vita dei pazienti con protesi senzienti per braccia o gambe, allora alla fine ha più senso che posare centinaia di cavi e connessioni nel corpo e nel cervello".

In numerosi esperimenti, le persone sottoposte a test hanno già controllato con successo braccia robotiche, sedie a rotelle ed esoscheletri con la sola concentrazione mentale. Un aspetto innovativo è che queste persone possono ora sentire le loro braccia e le loro gambe. Toccare una tazza di caffè e sentire che è caldo. Oppure afferrano un batuffolo di cotone e le loro dita fanno rapporto, quindi basta una piccola pressione.

In una persona con una protesi alla gamba, l'impulso va avanti e indietro. Il cervello comanda: "Gamba, vai avanti". E la gamba risponde: "Vado avanti, ma c'è una superficie sconnessa".

Anche i pazienti con sindrome locked-in oggi sono in grado di comunicare con il loro ambiente lettera per lettera, ma in modo abbastanza rapido. Si tratta di persone completamente paralizzate, completamente coscienti, ma incapaci di comunicare verbalmente.

Anche Facebook, che è alla ricerca di una tecnologia impiantabile che permetta agli utenti di inserire il testo attraverso il trasferimento del pensiero, sta pensando nella direzione della scrittura per pensiero. La visione a distanza è che un giorno gli utenti saranno in grado di comunicare attraverso il trasferimento del pensiero, magari anche di memorizzare i loro ricordi nel computer e di riprodurli su richiesta - o di venderli?

Questo non ha più molto a che fare con i metodi del passato. Dalla fine degli anni '20, la medicina utilizza la conoscenza che le correnti di segnale elettrico dei nervi possono essere misurate. Ciò ha portato allo sviluppo dell'elettroencefalografia (EEG), oggi lo standard nella diagnostica medica cerebrale.

I pazienti sono dotati di un cappuccio con numerosi elettrodi che misurano le fluttuazioni di tensione estremamente deboli che penetrano nell'osso del cranio. I neurologi possono quindi utilizzare le curve di misurazione registrate per monitorare le funzioni cerebrali e, se vengono rilevate curve di segnale insolite, trarre conclusioni sulle malattie.

Varianti di questa tecnologia sono ora commercializzate anche da aziende del settore dell'intrattenimento, del fitness e del benessere. Mettono in guardia contro lo stress, la stanchezza o la mancanza di concentrazione e aiutano con esercizi di rilassamento e di meditazione. Essi hanno anche lo scopo di rendere più efficiente l'apprendimento e l'allenamento fisico.

Anche l'industria dei giochi per computer vuole usare le onde cerebrali in questo modo per adattare il gioco, i personaggi e gli ambienti allo stato mentale attuale di un giocatore, ad esempio per farlo uscire dalla depressione.

Brain2

Così, mentre l'EEG, da tempo consolidato, funziona solo in una direzione, dal cervello al computer, le nuove tecniche invasive BCI possono anche innescare reazioni nel cervello in senso inverso con impulsi elettrici.

"Nel trattamento del morbo di Parkinson, per esempio, si può dare un impulso esterno al cervello per dirgli di non tremare", spiega Stieglitz. Anche i tremori muscolari ereditari, l'epilessia o addirittura i disturbi ossessivo-compulsivi psicologicamente causati possono essere trattati in questo modo. Questo può essere fatto solo per mezzo di chip impiantati la cui elettronica può reagire agli impulsi del cervello.

Quindi, anche se la ricerca ha fatto molta strada, è ancora all'inizio di una lunga strada. Se i neuroscienziati vogliono misurare le azioni di una regione cerebrale, non sanno ancora dall'inizio dove devono posizionare esattamente le estremità dei cavi con gli elettrodi. Per questo motivo preferiscono posizionare più elettrodi nel cervello e poi vedere quali delle connessioni forniscono segnali utili. Possono essere dieci o 15 elettrodi su 100.

"Se ci andate ora con 100 o 1000 elettrodi nel cervello, migliorerete sempre di più. In questo modo si hanno da dieci a 50 canali d'informazione per la valutazione, invece di due sole opzioni. Naturalmente, col tempo ci si avvicina sempre più a qualcosa di simile alla lettura della mente", spiega Pascal Fries, professore di Neuroscienze dei sistemi all'Università di Radboud, Nijmegen, Paesi Bassi, e direttore del Max Planck Institute for Neurobiology di Martinsried, vicino a Monaco di Baviera.

Per fornire ai ricercatori impianti di chip e cavi cerebrali sottilissimi, dieci anni fa un gruppo di ricerca guidato da Stieglitz ha dato vita alla CorTec GmbH di Friburgo. Con la loro esperienza, Stieglitz e Fries fanno ancora parte del comitato consultivo tecnico-scientifico.

Il fiore all'occhiello dell'azienda è il cosiddetto Brain Interchange System completamente impiantabile. Può sia misurare che stimolare l'attività cerebrale nell'uso a lungo termine. Gli impulsi elettrici provenienti da 32 cavi di elettrodi vengono digitalizzati nel chip sotto la calotta cranica e poi trasmessi senza fili ad un computer. Il software del computer è programmato in modo tale che il sistema possa controllare se stesso reagendo ad una certa attività cerebrale con una stimolazione adattata e dosata con precisione.

Un anno fa la società, che ora è attiva anche negli USA, ha concluso un round di finanziamento in cui è riuscita a raccogliere ben 13 milioni di euro. Tra gli investitori figuravano il family office della famiglia Strüngmann, fondatori dell'azienda farmaceutica Hexal e dell'istituto Ernst Strüngmann, di cui Fries è anche direttore.

La stimolazione cerebrale profonda, in cui i cavi degli elettrodi penetrano attraverso la corteccia cerebrale in regioni situate lontano dal cervello, è una sfida particolare. Il morbo di Parkinson viene già trattato con successo in questo modo. Gli esperimenti sono ora riusciti anche ad alleviare i disturbi e i pensieri ossessivo-compulsivi o la depressione grave. Non è lontano il controllo delle emozioni, che si trovano nell'amigdala, il complesso del nocciolo di mandorla nel cervello, che svolge un ruolo essenziale nella regolazione delle emozioni e della sensazione dei sentimenti. Fries sospetta "che questo potrebbe certamente essere un sito target per futuri interventi".

Allora non sarebbe troppo lontano dalla lettura dei pensieri. "Se gli impulsi sono derivati da posizioni adatte nel cervello, è già oggi possibile dire molto precisamente se una persona immagina una o l'altra di due immagini", informa Fries. Ciò significa che i ricercatori sono ovviamente ancora molto lontani dal poter "vedere" i colori associati all'immagine o i ricordi associati dalle onde cerebrali. "Ma naturalmente ci avvicineremmo a questo se potessimo trasportare gli impulsi da più punti del cervello con più canali", dice Fries. "Questo è fondamentalmente il modo di leggere il cervello".

Naturalmente, tutto questo solleva anche questioni etiche, per esempio sulla protezione dei dati cerebrali, ma anche su dati che forniscono indizi su una malattia o uno stato mentale. Stieglitz è abbastanza chiaro su questo punto: "Dovremmo vedere che ci sono buone linee guida quadro che non dipendono dalla volontà e dalle esigenze finanziarie dei singoli, compresi i pazienti", sottolinea. "Non che ci si metta nei guai, che qualcuno venda i suoi dati perché ne ha un qualche vantaggio".

C'è ancora un sacco di tempo per questo. Stieglitz è convinto che "diverse generazioni di ricercatori dovranno fare ricerca prima che la lettura automatica possa avere luogo". Per illustrare quanto sia difficile il cammino verso la conoscenza, usa un esempio: "Se ti lancio un'auto svitata davanti ai tuoi piedi, non sarai in grado di guidare da nessuna parte con essa. Quindi la domanda di ricerca per il futuro è: come posso mettere insieme i dati e di quali conoscenze ho bisogno per dare un senso a tutto questo? In definitiva, non è una questione di 1000 singole parti a rimanere nell'immagine, ma piuttosto di misurare circa 100 trilioni di connessioni di comunicazione che sono attive in un cervello umano" ®.

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È così che funziona il nostro cervello.

Il cervello umano è costituito da circa 86 miliardi di neuroni, le cellule nervose. La neuroscienziata brasiliana Suzana Herculano-Houzel ha contato questo numero in modo abbastanza accurato nel 2008 per la prima volta nella storia della ricerca sul cervello. 16 miliardi di essi si trovano nella corteccia, la spessa corteccia che circonda il cervelletto e il cervelletto e assomiglia a una noce con i suoi solchi e le sue pieghe. È qui che si trovano la coscienza e la capacità di pensare in modo logico e astratto.

Funzioni più specifiche sono distribuite su aree limitate, che sono responsabili della comprensione del parlato, del riconoscimento dei volti, della coordinazione delle mani o della memorizzazione della memoria.

Tuttavia, nessuna di queste regioni è l'unica responsabile di una capacità specifica. Ciascuna delle cellule cerebrali ha a sua volta fino a 10.000 connessioni - sinapsi che collaborano con le cellule vicine e lontane. In totale, ci sono probabilmente circa 100 trilioni di connessioni in rete che controllano il pensiero umano oltre alle funzioni corporee.

Anche se questo organo incredibilmente complicato rappresenta solo il due per cento del volume del corpo, consuma - per funzionare senza problemi - il 25 per cento di tutta l'energia che il corpo brucia ogni giorno. Si tratta di circa 500 chilocalorie al giorno. Espresso in potenza elettrica: solo 25 watt. A titolo di confronto, i supercomputer richiederebbero da 50 a 5.000 volte più energia elettrica, a seconda del modello, per tante operazioni di calcolo quante sono eseguite in parallelo nel cervello in un dato momento.

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La tecnica delle neuroscienze.

Nei loro interventi nel cervello, i neuroscienziati lavorano con cavi di circa 0,02 millimetri di spessore - cioè un sesto del diametro di un capello umano. Diversi fili conduttori sono combinati come cavi piatti in una lamina sottile, particolarmente flessibile, che può essere larga da quattro a cinque centimetri, a seconda del numero di fili conduttori. "Ma impiliamo anche strisce larghe due millimetri l'una sull'altra. Questo è più sottile e può essere fatto passare più facilmente attraverso l'osso cranico", spiega Thomas Stieglitz.

Spesso nel cervello vengono posati più cavi di quanti ne siano necessari. I cavi superflui rimangono nel cervello della persona che esegue il test. "Nessuno dei materiali è tossico", dice Stieglitz. "Una volta che il corpo ha completato la reazione del corpo estraneo, la guarigione, i fili e il chip rimangono stabili".

I segnali elettrici del cervello vengono trasmessi attraverso una connessione a tenuta stagna alla microelettronica sensibile in un chip che giace in un alloggiamento molto piatto e a tenuta stagna sotto il tetto del cranio. Lì gli impulsi ricevuti vengono digitalizzati e poi trasmessi tramite un cavo attraverso l'osso del cranio o, sempre più oggi, tramite una connessione radio Bluetooth verso l'esterno e verso un computer.

A causa degli elettrodi ormai estremamente miniaturizzati, il cervello non sembra reagire attivamente ad un tale impianto. Se i cavi e gli elettrodi superano una certa flessibilità, il cervello apparentemente non riesce più a sentirli.

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Autore: Hanns J. Neubert

Foto: iStock/nullplus // iStock//wildpixel // CorTec // Neuralink screengrab // iStock/miriam-doerr

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