Mondiali e Scienza Insieme alla Cerimonia di Apertura

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Mondiali e Scienza Insieme alla Cerimonia di Apertura

Stasera, se tutto andrà secondo i piani, un giovane si alzerà in piedi davanti a un pubblico di centinaia di milioni di persone, farà qualche passo, e calcerà un pallone da calcio. Questo di per sé può sembrare non eccezionale, dopo tutto è la cerimonia di apertura dei Mondiali di calcio, ma per Miguel Nicolelis e gli oltre 100 scienziati del progetto “Walk Again Project” (Progetto camminare di nuovo) questo segnerà il trionfo della speranza e dell’impegno, per il giovane paraplegico Miguel.

L’esoscheletro utilizzato in questa dimostrazione è un formidabile successo tecnologico: raccoglie segnali nervosi provenienti da elettrodi EEG non invasivi applicati sulla testa, e li converte in comandi per l’esoscheletro, mentre i sensori sui piedi rilevano quando prendere contatto con il terreno ed inviare quindi un segnale ad un dispositivo vibrante cucito sulla camicia dell’avambraccio del soggetto. Questo meccanismo, consente di controllare il movimento dell’esoscheletro più accuratamente. Anche se non è il primo esoscheletro controllato tramite EEG per individui paraplegici, dai video rilasciati sembrerebbe che permetta un passo più veloce e movimenti più fluidi rispetto ai modelli esistenti.

Una sostituzione in ritardo

Quello che molti non sanno è che l’uso dell’EEG non faceva parte del piano originario: Miguel Nicolelis stava progettando di usare una tecnologia alternativa, cioè griglie di microelettrodi impiantati all’interno della corteccia cerebrale. Purtroppo divenne chiaro che questa tecnologia non sarebbe stata pronta per essere utilizzata sull’uomo per la cerimonia di apertura dei Mondiali di Calcio 2014, quindi il team ha dovuto ripiegare sulla più consolidata tecnica di EEG.

Le due diverse tecniche

La tecnica EEG è una tecnologia molto matura. Il suo sviluppo risale al 1975, quando Richard Caton osservò impulsi elettrici sulla superficie del cervello di conigli e scimmie. Nel 1912 Vladimir Pravdich-Neminsky pubblicò il primo EEG di cani, e nel 1924 il primo EEG in soggetti umani fu registrato da Hans Berger. Questa tecnologia ha il vantaggio di non richiedere l’intervento chirurgico, ma anche diversi svantaggi. Lo svantaggio principale è che registra i segnali combinati da milioni di neuroni, su ampie aree della corteccia simultaneamente, e questo rende difficile separare il segnale dal rumore di fondo. Al contrario gli impianti di microelettrodi registrano singoli segnali da pochi neuroni.

In parole semplici l’EEG registra il suono prodotto da tutta un’orchestra, mentre i microelettrodi registrano i singoli strumenti. Il risultato è che l’EEG può essere utilizzato solo per dare comandi relativamente semplici “muoversi verso”, “tornare indietro”, “fermarsi”, “calciare” e richiede una grande concentrazione da parte del soggetto. Al contrario i microelettrodi, pur richiedendo un intervento chirurgico invasivo, consentono un controllo molto più fine del movimento.

Miguel Nicolelis e i suoi colleghi presso la Duke University Center for Neuroengineering sono un gruppo molto selezionato di scienziati all’avanguardia nella ricerca di impianti cerebrali. Nel 2012 Nicolelis ha sottolineato l’importanza degli studi sugli animali in un articolo per Scientific American:

“Il progetto si basa su quasi due decenni di lavoro sulle interfacce cervello-macchina partendo da studi risalenti al 1960, quando gli scienziati tentarono di ricavare un segnale neurale dal cervello degli animali per vedere se poteva essere immesso in un computer che inducesse un comando per muovere un dispositivo meccanico.

Nel 1990 e per tutto il primo decennio di questo secolo, i miei colleghi ed io abbiamo utilizzato un metodo pioneristico: il cervello di ratti e scimmie veniva impiantato con centinaia di sensori sottili e flessibili, simili a capelli, noti come microfili. Negli ultimi due decenni abbiamo dimostrato che, una volta impiantati, possono rilevare i segnali elettrici o potenziali d’azione, generati da centinaia di singoli neuroni distribuiti sulla corteccia frontale e parietale degli animali -le regioni che definiscono un vasto circuito cerebrale responsabile della generazione dei movimenti volontari.”

Nel 2008 la squadra della Duke University ha dimostrato che i microelettrodi impiantati nella corteccia cerebrale potrebbero essere utilizzati per registrare l’attività dei neuroni che controllano le azioni dei muscoli delle gambe, e quindi potrebbe essere utilizzati per controllare i movimenti delle gambe robotiche.

È stato questo che ha spinto Nicolelis a cercare di sviluppare un esoscheletro controllato mentalmente che sarebbe stato presentato alla cerimonia di apertura della Coppa del Mondo.

Dalle scimmie agli esseri umani

Quindi, se la tecnologia di impianto nel cervello per controllare un esoscheletro non è pronta per il 2014, quando lo sarà? La risposta è probabilmente molto presto, infatti questo approccio è già stato utilizzato con successo negli esseri umani. Nel 2008 Andy Schwartz e colleghi presso l’Università di Pittsburgh erano riusciti a sviluppare un sistema di interfaccia cervello-macchina in cui matrici di microelettrodi impiantati nella corteccia motoria di macachi permise loro di controllare il movimento di un braccio robotico con un grado di destrezza che ha sorpreso anche gli scienziati che condussero lo studio.

Nel 2012 Jan Scheuermann, quadriplegica da oltre un decennio a causa di una malattia degenerativa della colonna vertebrale, è stata in grado di nutrire se stessa con l’aiuto di due matrici di microelettrodi intracorticali sviluppati dall’Università di Pittsburgh.

Cosa succederà ora?

La dimostrazione di stasera segnerà il culmine di uno sforzo straordinario da parte di scienziati e pazienti, ma segna anche il debutto pubblico di una rivoluzione nella tecnologia di interfaccia macchina-cervello, passata troppo inosservato sotto l’occhio vigile dei mass media.

E tutto questo, ancora, grazie al prezioso contributi degli animali nei laboratori di ricerca.

Tradotto da: http://speakingofresearch.com/

By | 2014-06-12T19:16:52+00:00 giugno 12th, 2014|Categories: Salute|Tags: , , , , , , |0 Comments

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