I ricercatori fanno un passo avanti nella tecnologia dell’interfaccia cervello-computer
I ricercatori di BrainGate hanno recentemente compiuto un importante passo avanti nell’area delle interfacce cervello-computer (BCI) dopo che i partecipanti a studi clinici con tetraplegia hanno dimostrato l’uso di una BCI wireless intracorticale con un trasmettitore wireless esterno. È stata la prima volta che un sistema del genere è stato utilizzato ed è in grado di trasmettere segnali cerebrali alla risoluzione di un singolo neurone.
La ricerca è stata pubblicata su IEEE Transactions on Biomedical Engineering il mese scorso.
Il sistema trasmette anche in piena fedeltà a banda larga e non ha bisogno di legare fisicamente l’utente a un sistema di decodifica. Invece dei cavi tradizionali, il sistema si basa su un trasmettitore da 2 pollici che pesa poco più di 1,5 once. Questa unità è posizionata sopra la testa di un utente e si collega a un array 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 alla sperimentazione clinica che soffrono di paralisi e hanno utilizzato il sistema BrainGate con un trasmettitore wireless. Tramite il trasmettitore wireless, potevano puntare, fare clic e digitare su un normale tablet.
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 assistente professore di ingegneria alla Brown University. È l’autore principale dello studio e membro del consorzio di ricerca BrainGate.
“Abbiamo dimostrato che questo sistema wireless è funzionalmente equivalente ai sistemi cablati che sono stati il gold standard nelle prestazioni BCI per anni”, ha detto Simeral. “I segnali vengono registrati e trasmessi con una fedeltà adeguatamente simile, il che significa che possiamo utilizzare gli stessi algoritmi di decodifica che abbiamo usato con le apparecchiature cablate. L’unica differenza è che le persone non hanno più bisogno di essere fisicamente legate alle nostre apparecchiature, il che apre nuove possibilità in termini di utilizzo del sistema “.
Secondo i ricercatori, la nuova svolta ci avvicina a un sistema intracorticale completamente impiantabile in grado di fornire alle persone ferite la capacità di muoversi nuovamente. Il nuovo sviluppo è il primo dispositivo a trasmettere l’intero spettro di segnali registrati da un sensore intracorticale.
I risultati dello studio
Il processo ha coinvolto un uomo di 35 anni e un uomo di 63 anni che soffrono entrambi di lesioni al midollo spinale. Potevano usare il sistema a casa invece che in laboratorio a causa della mancanza di cavi, ed erano anche in grado di usarlo 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 ricercatore presso il Brown’s Carney Institute for Brain Science. Hochberg ha guidato la sperimentazione clinica BrainGate.
“Vogliamo capire come si evolvono i segnali neurali nel tempo”, ha detto Hochberg. “Con questo sistema, siamo in grado di osservare l’attività cerebrale, a casa, per lunghi periodi in un modo che prima era quasi impossibile. Questo ci aiuterà a progettare algoritmi di decodifica che forniscono il ripristino continuo, intuitivo e affidabile della comunicazione e della mobilità per le persone con paralisi “.
Consorzio BrainGate
Il consorzio BrainGate è un gruppo interdisciplinare di ricercatori delle università Brown, Stanford e Case Western Reserve. Coinvolge anche persone 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 alla sperimentazione clinica potrebbero utilizzare protesi robotiche multidimensionali utilizzando per la prima volta un BCI. Da allora, il gruppo ha continuamente perfezionato il sistema e raggiunto nuove scoperte.
Sharlene Flesher è coautrice e precedente borsista post-dottorato a Stanford. Flesher ora lavora come ingegnere hardware presso Apple.
“L’evoluzione dei BCI intracorticali dal richiedere un cavo metallico all’utilizzo invece di un trasmettitore wireless in miniatura è un passo importante verso l’uso funzionale di interfacce neurali ad alte prestazioni completamente impiantate”, ha affermato Flesher. “Poiché il campo si dirige verso la riduzione della larghezza di banda trasmessa preservando l’accuratezza del controllo dei dispositivi di assistenza, questo studio potrebbe essere uno dei pochi in grado di catturare l’intera ampiezza dei segnali corticali per lunghi periodi di tempo, anche durante l’uso pratico della BCI”.
Il team di BrainGate è stato in grado di continuare a lavorare sulla pandemia COVID-19 poiché il dispositivo è wireless e può essere utilizzato a casa senza un tecnico.
Hochberg è anche un neurologo di terapia intensiva presso il Massachusetts General Hospital e direttore del VA Rehabilitation Research and Development Center for Neurorestoration and Neurotechnology.
“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 addestrando gli operatori sanitari a stabilire la connessione wireless, un partecipante alla sperimentazione è stato in grado di utilizzare il BCI senza che i membri del nostro team fossero fisicamente presenti. Quindi non solo siamo stati in grado di continuare la nostra ricerca, questa tecnologia ci ha permesso di continuare con tutta la larghezza di banda e la fedeltà che avevamo prima. “
Secondo Simeral, “Diverse aziende sono entrate meravigliosamente nel campo BCI e alcune hanno già dimostrato l’uso umano di sistemi wireless a bassa larghezza di banda, comprese alcune completamente impiantate. In questo rapporto, siamo entusiasti di aver utilizzato un sistema wireless a larghezza di banda elevata che migliora le capacità scientifiche e cliniche per i sistemi futuri “.
