Le braccia paralizzate collegate con il pensiero

Dopo un impianto con un ponte sulla colonna spinale danneggiata un uomo torna a muovere le sue braccia con il pensiero.

Gli scienziati del Case Western Reserve University in Ohio spiegano di aver utilizzato l’elettronica per aggirare il danneggiamento della spina dorsale di un uomo permettendogli di usare le braccia e le mani per mezzo di un impianto nel suo cervello.

Il test rappresenta la prima volta in cui i segnali raccolti nel cervello sono stati inoltrati direttamente con elettrodi posti all’interno del braccio di qualcuno per ripristinare il movimento, dice Robert Kirsch, un ingegnere biomedico presso la Case Western. Kirsch Dirige anche il Cleveland FES Center, che sviluppa tecnologie per le persone con paralisi.

Il progetto, descritto oggi alla riunione della Society for Neuroscience a Chicago, è un passo verso un sistema wireless in grado di trasmettere segnali cerebrali attraverso l’aria per via elettronica inserita nelle membra dei paralitici, ripristinando così la capacità di effettuare semplici attività quotidiane.

Persone che hanno conoscenza dei risultati dello studio hanno dichiarato che i movimenti del volontariato sono ancora grezzi, e non ben coӧrdinati. “Non è un movimento naturale e fluido come qunado si sta raccogliendo una tazza di caffè da bere”, dice John Donoghue, uno dei leader di BrainGate, un consorzio che sta sviluppando interfacce cervello-computer e fa parte del team di Case Western. “Ma il fatto che hanno ottenuto che una persona controlli il proprio corpo, stimolando i muscoli in modo specifico per farli muovere, e lo fa da una piccola zona di cervello, è incredibile.”

La stringa di elettrodi ha 96 aghi in silicone che rilevano gli impulsi elettrici dei neuroni dentro il cervello

La stringa di elettrodi ha 96 aghi in silicone che rilevano gli impulsi elettrici dei neuroni dentro il cervello

I volontari in questi studi di impianto cerebrale hanno precedentemente spostato e controllato i cursori  dei computer e di  bracci robotici. L’anno scorso, un uomo dell’Ohio con parziale paralisi del braccio ha ricevuto un impianto cerebrale ed è stato in grado di aprire e chiudere mentalmente la sua mano con strisce di elettrodi esterni disposti intorno all’avambraccio. Questo lavoro, chiamato Ponte Neurologico (Neurobridge), è stato realizzato dal Ohio State University e Battelle Memorial Institute.

Il progetto Case Western ha compiuto  un ulteriore passo avanti, perché il nuovo volontario ha una lesione spinale che gli impedisce di muovere le braccia del tutto. Mary Buckett, un portavoce del FES Center, ha dichiarato che l’identità del partecipante non è ancora stata resa pubblica.

Bolu Ajiboye, il ricercatore Case Western che ha presentato i dati della squadra di Chicago oggi, afferma che nove mesi fa i chirurghi hanno impiantato due grappoli di elettrodi di silicio, chiamati array Utah, nella corteccia motoria del volontario. Questa è la parte del cervello dove sono pianificati i movimenti. I collegamenti di ogni matrice escono dal cranio attraverso le porte di metallo e si connettono al computer che interpreta i segnali.

Per completare il ponte sulle lesioni del midollo spinale dell’uomo, i medici hanno inserito più di 16 fili sottili nel braccio destro e nella mano del volontario. Gli impulsi elettrici inviati a questi elettrodi consentono ai diversi muscoli di contrarsi, creando movimento nella spalla, gomito e polso, un approccio noto come stimolazione elettrica funzionale, o FES.

Secondo Kirsch, il volontario è in grado di controllare con estrema precisione una simulazione al computer del braccio collegato con i suoi segnali cerebrali. Muovere il braccio realmente sotto controllo cervello si è rivelato più impegnativo. “La messa a punto virtuale è perfetta, funziona come previsto, ma il sistema FES deve usare il suo braccio cronicamente paralizzato”, afferma Kirsch. L’uomo è stato paralizzato per così tanto tempo che i suoi muscoli sono deboli e atrofizzati.

Gli elettrodi FES sono utilizzati per stimolare i muscoli negli arti delle persone paralizzate

Gli elettrodi FES sono utilizzati per stimolare i muscoli negli arti delle persone paralizzate

Gli sforzi per combinare interfacce cervello-computer con sistemi FES sono iniziati 20 anni fa. In un esperimento del 1998, sempre alla Case Western, una volontaria di nome Jim Jatich ha utilizzato i segnali raccolti da un cappello EEG che portava sopra la sua testa per attivare un dispositivo FES  chiamato a “mano libera”, con il quale aprì e chiuse la mano utilizzando degli stimolatori (vedi “Mente su muscoli “e” Ancora Paralizzato”). Tale dispositivo emetteva solo un semplice segnale di on/off, che Jatich era in grado di generare modulando la sua onda EEG.

Impianti posizionati in contatto con corteccia motoria del cervello sono in grado di raccogliere informazioni molto più dettagliatamente, comprese le valutazioni dei movimenti degli arti che una persona sta pensando. In esperimenti con i bracci robotici, alcuni volontari sono riusciti a spostare e impilare gli oggetti (vedi “L’esperimento del Pensiero”). Gli scienziati stanno ora cercando di stabilire un controllo simile o migliore nell’utilizzo degli arti di una persona.

“La visione è che una persona possa girare per una stanza, fare le cose normali”, spiega Donoghue. “Ma questa è una visione con molti passaggi necessari prima che si realizzi”.

Per gli individui paralizzati, una soluzione pratica non arriverà abbastanza presto. Ian Burkhart, il partecipante allo studio dell’Ohio State, afferma che continuerà a lavorare con i ricercatori  tre giorni a settimana, per far pratica nel raccogliere oggetti più piccoli. “Se potessi avere questo sistema che sto usando in questo momento a casa con me, lo farei in un batter d’occhio”, dice il 24enne, che è stato ferito in un incidente di nuoto. “Ci sono limitazioni del sistema, ma sono superate dal vantaggio di essere in grado di cogliere qualcosa e spostarla.”

di Antonio Regalado per www.technologyreview.com – 20.10.15

(traduzione Tgvallesusa)