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L’ interconnessione cervello e intelligenza artificiale: fantascienza o possibile uso clinico?

La prima notizia di un impianto neuronale in un essere vivente risale ad agosto 2020 quando Neuralink annuncia di aver sperimentato l’impianto su un maiale

ID Articolo: 187234 - Pubblicato il: 03 agosto 2021
L’ interconnessione cervello e intelligenza artificiale: fantascienza o possibile uso clinico?
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Cosa accadrebbe se ad ospitare un dispositivo digitale non fosse un oggetto ma il cervello di un essere vivente? La prima notizia della realizzazione di impianti neuronali in un essere vivente risale al 29 Agosto 2020 quando Neuralink ha annunciato di aver sperimentato l’impianto neurale su un maiale

 

Neuralink e gli impianti neuronali negli esseri viventi

Messaggio pubblicitario La tecnologia digitale circonda la nostra esistenza, la maggior parte degli strumenti che utilizziamo quotidianamente hanno al loro interno una componente digitale che ha funzioni di controllo o addirittura consente l’interazione con l’ essere umano, basta pensare a orologi, telefoni, autoveicoli ed elettrodomestici per vedere come questi siano sempre più spesso ospiti di tecnologia digitale.

Ma cosa accadrebbe se ad ospitare un dispositivo digitale non fosse un oggetto ma il cervello di un essere vivente?

Recentemente sono stati compiuti esperimenti su animali ed è stato annunciata l’intenzione di sperimentare dispositivi di connessione anche su esseri umani con tutti i dubbi etici che questa scelta può generare (Dadia T, Greenbaum D. 2019)

Dal cyborg  al “cypork”

La prima notizia della realizzazione di impianto neuronale in un essere vivente risale al 29/8/2020 (la Repubblica 28/8/2020) quando Neuralink ha annunciato di aver sperimentato l’impianto neurale su un maiale (chiamata Gertrude). Neuralink Corporation è una azienda statunitense di neurotecnologie è stata avviata nel 2016. Tra i suoi fondatori l’imprenditore Elon Musk (The Wall Street Journal, 27 marzo 2017).

L’ esperimento condotto dimostrava come il chip impiantato nel cervello della scrofa Gertrude consentiva di vedere su monitor i suoi segnali neurologici mentre questa inseguiva una mangiatoia con del cibo su un tapis roulant.

Lo scenario descritto dagli sperimentatori è affascinate. Secondo la loro opinione, questo tipo di impianto cerebrale potrebbe essere utile in patologie centrali quali: Alzheimer, Parkinson e disturbi della memoria in genere; studio della fisiologia cerebrale; disturbi periferici quali paraplegie e tetraplegie.

Neuralink e la realizzazione di impianti neuronali negli esseri viventi - IMM.1

Immagine tratta da Huffington Post – Elon Musk mostra come funziona l’impianto cerebrale Neuralink inserito in un maiale

Chip neurali: il macaco Pager ed i videogame

I primi tentativi di tradurre l’attività neuronale in comandi per controllare dispositivi esterni furono fatti nelle scimmie già negli anni ’60 (Evarts EV. 1966)

È recente la notizia (Coriere della Sera 10/4/2021) di un macaco di 9 anni di nome Pager che dopo aver subito l’impianto di un chip neuronale è in grado di giocare ad un videogame solo con l’uso della mente.

Usando il rinforzo positivo legato alla ricompensa, tipico degli studi sul comportamentismo di Pavlov (Finizio P. 2021) il macaco ha imparato a giocare ad un game simulante una partita di tennis per ottenere una ricompensa, nel caso specifico frullato di banana,  in base ai punti segnati.

Con l’impianto neuronale è stato possibile mappare l’attività neuronale della scimmia mentre imparava ad utilizzare il game in circa 6 mesi, trascorsi i quali è stato possibile creare un modello predittivo personalizzato sincronizzando la mappa mentale con i movimenti compiuti dall’ animale. Il passo successivo è stato quello di togliere il joystick ed osservare come Pager riuscisse a muovere le barre sullo schermo del videogame solo grazie agli impulsi cerebrali trasmessi dall’ impianto neuronale.

Gli impianti neurali

Messaggio pubblicitario Un impianto neurale consiste nel posizionamento attraverso chirurgia o iniezione di un elettrodo che si connette direttamente all’ encefalo: corteccia cerebrale, o midollo spinale. Questi impianti sono in grado di registrare l’ attività neuronale o addirittura inviare stimoli grazie al fatto che i neuroni usano stimoli elettrici per la trasmissione degli impulsi eccitatori o inibitori.

Il sistema sviluppato può fungere da prototipo di neurointerfaccia invasiva per applicazioni cliniche. In particolare, le neurointerfacce multielettrodi possono diventare la base per nuovi sistemi di comunicazione e tecnologie dedicate all’ assistenza avanzata per persone paralizzate, nonché per controllare dispositivi esterni e interagire con l’intero ambiente, ad esempio, integrandosi in nuove tecnologie sviluppate rapidamente, come Smart Home e Internet of Things. Inoltre, le applicazioni dell’interfaccia cervello-computer sono molto promettenti per rilevare informazioni nascoste nel cervello dell’utente, che non possono essere rivelate dai canali di comunicazione convenzionali. Attualmente, l’uso di interfacce cervello-computer non invasive in questi campi è limitato da un basso numero di comandi che possono essere riconosciuti. Questa limitazione deriva da un numero relativamente piccolo di caratteristiche, che possono essere estratte dall’elettroencefalografia a livello del cuoio capelluto o dalle registrazioni della spettroscopia funzionale. Le interfacce invasive cervello-computer (o interfacce cervello-macchina) dimostrano prestazioni molto migliori rispetto alle interfacce non invasive cervello-computer; tuttavia, richiedono un numero maggiore di canali per ottenere informazioni più dettagliate sull’attività di spike individuale dei neuroni attraverso regioni corticali distribuite. Il dispositivo riportato nel paper di Elon Musk e Neuralink si avvicina alla soluzione a questo problema.

Impianti per sostituzione sensoriale

Consiste nell’applicazione di bioprotesi che sono in grado di bypassare aree del cervello colpite da lesioni ischemiche, iatrogene o traumatiche, queste protesi sono state in grado di restituire la vista o l’udito in alcuni pazienti.

Stimolazione cerebrale profonda

La Food and Drug Administration (FDA) statunitense ha approvato l’utilizzo della stimolazione cerebrale profonda nel 1997 per il trattamento del tremore essenziale. Da allora, la FDA e altri regolatori globali hanno approvato questo trattamento per la malattia di Parkinson, la distonia, l’acufene, l’epilessia, il disturbo ossessivo-compulsivo e il dolore neuropatico.

Stimolazione epidurale

Alcuni degli esperimenti più emozionanti che coinvolgono gli impianti neurali sono quelli che riguardano la stimolazione del midollo spinale, noto anche come stimolazione epidurale. Il trattamento ha permesso a molte persone con paralisi nella parte inferiore del corpo di muoversi, stare in piedi e persino camminare per una breve distanza per la prima volta da quando hanno riportato lesioni al midollo spinale.

Neuralink e l’ibridazione del cervello umano

La tecnologia e i processi presentati nel documento Musk e Neuralink possono sicuramente aumentare il numero di canali, fornendo un campionamento più dettagliato dei segnali rilevanti e una ridondanza gradita. Forse ancora più interessante dell’approccio proposto è la possibilità di posizionare gli elettrodi in aree del cervello che è stato difficile o impossibile raggiungere con la tecnologia esistente. Queste nuove posizioni potrebbero potenzialmente fornire diversi tipi di informazioni per migliorare le prestazioni dell’interfaccia cervello-macchina.

Tuttavia, la potenziale applicazione clinica di questa strategia non è chiara poiché è stata testata solo su un piccolo numero di roditori ed alcuni animali più grandi, senza alcun confronto con gli approcci esistenti o la verifica della sicurezza utilizzando l’analisi istologica dopo l’impianto. Gli autori affermano che i loro impianti avranno una maggiore longevità rispetto ad altre opzioni a causa della minore risposta immunitaria correlata alla rigidità degli elettrodi e all’interruzione microvascolare, ma non viene presentata alcuna prova a sostegno di nessuna di queste ipotesi e una maggiore durata non è stata verificata utilizzando l’impianto a lungo termine. Non è chiaro se i vasi sanguigni sotto la superficie possano essere evitati,questi sono potenzialmente critici per le risposte immunitarie (Fourneret É 2020).

Il documento non affronta l’uso degli elettrodi a filo per cervelli più grandi con strutture corticali più complesse (ad esempio, la struttura profondamente corconvoluta del cervello umano). Il sistema di registrazione potenzialmente impiantabile come presentato non include la sigillatura ermetica, una fonte di alimentazione pertinente (ad esempio, batteria, induzione o ottica) o una tecnica (ad esempio, wireless) per la trasmissione di dati a larghezza di banda elevata fuori dal corpo senza un’interfaccia percutanea. La tecnologia è molto innovativa, ma sarà necessaria una migliore convalida per stabilirne il potenziale clinico (Robert F K  A Bolu A,  Jonathan P M. 2019).

Conclusioni

Nel prossimo futuro, le neurotecnologie continueranno a crescere. Simulazioni al computer più accurate e avanzate (ad esempio, modellazione computazionale) consentiranno ai ricercatori di testare e convalidare queste tecnologie ancora più rapidamente. Le neurotecnologie impiantabili diventeranno letteralmente parte di noi.

La comunicazione bidirezionale diretta tra il cervello e i dispositivi esterni, la trasformazione che questa connessione determina e l’offuscamento dei confini tra esseri umani e macchine, sono questioni che sollevano diverse preoccupazioni etiche, sociali e culturali. L’identità personale, l’integrità fisica e la dignità umana delle persone che utilizzano la prossima generazione di interfacce cervello-macchina richiederanno sicuramente ulteriore attenzione (Drew L. 2019).

 

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Bibliografia

  • Dadia T, Greenbaum D. Neuralink: The Ethical ‘Rithmatic of Reading and Writing to the Brain. AJOB Neurosci. 2019 Oct-Dec;10(4):187-189. doi: 10.1080/21507740.2019.1665129.
  • la Repubblica 28/8/2020 Neuralink, l’impianto cerebrale di Musk nei maiali. “Come Fitbit ma con i fili”, Gaia Scorza Barcellona.
  • Rolfe Winkler, Elon Musk Launches Neuralink to Connect Brains With Computers, in The Wall Street Journal, 27 marzo 2017.
  • Evarts EV. Pyramidal tract activity associated with a conditioned hand movement in the monkey. J Neurophysiol 1966 Nov;29(6):1011-1027
  • Corriere della Sera. Neuralink, Elon Musk ha fatto giocare una scimmia a Pong usando solo il pensiero. Alessandro Vinci 10/4/2021.
  • Finizio Pasquale , Comportamentismo, in Franco LEVER – Pier Cesare RIVOLTELLA – Adriano ZANACCHI (edd.), La comunicazione. Dizionario di scienze e tecniche, www.lacomunicazione.it (17/04/2021).
  • Fourneret É.  The Hybridization of the Human with Brain Implants: The Neuralink Project. Camb Q Healthc Ethics. 2020 Oct;29(4):668-672. doi: 10.1017/S0963180120000419.
  • Robert F K  A Bolu A,  Jonathan P M. The Reconnecting the Hand and Arm with Brain (ReHAB) Commentary on “An Integrated Brain-Machine Interface Platform With Thousands of Channels. 31.10.2019Journal of Medical Internet Research in Vol 21, No 10 (2019): October.
  • Drew L. The ethics of brain-computer interfaces. Nature 2019 Jul 24;571(7766):S19-S21.
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