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Il futuro della comunicazione cerebrale

Un'interfaccia stabile cervello-cervello potrebbe diventare il modo definitivo per testare molte teorie neuroscientifiche e neuroriabilitative.
11.11.14
Registrazione di segnali EEG. Immagine: Stocco et al/Plos One

La comunicazione cervello-cervello tra esseri umani è stata dimostrata per la prima volta qualche mese fa da Andrea Stocco e Rajesh Rao, neuroscienziati dell'Università di Washington. Il sistema è stato testato più volte, e, come affermato sullo studio pubblicato recentemente su PLOS One, ora è stabile e funzionante.

Secondo i ricercatori, la dimostrazione che la prova iniziale non era semplicemente una coincidenza apre le porte a molte ricerche e applicazioni incredibilmente futuristiche. La conoscenza del modo di trasmettere in modo affidabile segnali codificati da un cervello a un altro potrebbe portare a grandi innovazioni nel campo della neuroriabilitazione personalizzata, un nuovo ambito che mira ad aiutare le persone che hanno subito danni cerebrali a reimparare ad eseguire compiti semplici come deglutire, ad esempio, stimolando i neuroni associati all'attività.

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Un'interfaccia diretta cervello-cervello (BBI) potrebbe anche costituire "il modo definitivo per testare molte teorie neuroscientifiche," mi ha detto Stocco quando l'ho contattato.

"In questo momento siamo arrivati a un punto in cui i soggetti entrano, si siedono e riusciamo a far funzionare tutto," ha affermato Stocco. "Il fatto che sia un'interfaccia stabile apre a un regno di possibilità molto vasto."

Il sistema di Stocco e Rao funziona rilevando le onde cerebrali—l'attività elettrica nei neuroni cerebrali—di un soggetto, il "mittente" attraverso EEG. Questi segnali sono associati a un'azione. Nel caso del primo test dei due neuroscienziati, questa azione era digitare un comando sulla tastiera all'interno di un semplice videogioco.

Il set-up dell'esperimento e il gioco . Immagine: Stocco et al/Plos One

I segnali a onde cerebrali del mittente erano state poi processate digitalmente e mandate sulle rete, per finire poi poi nella corteccia motoria del "ricevente" attraverso TMS, ovvero Stimolazione Magnetica Transcranica. La TMS stimola in modo non invasivo la giusta porzione di neuroni del cervello del ricevente, facendo sì che attui il comando mandato dal cervello del mittente.

Questo sistema permette a una persona di controllare efficacemente le azioni di un altro individuo, comunicando direttamente con il suo cervello.

La comunicazione cerebrale non deve essere necessariamente istantanea, come hanno dimostrato i ricercatori che hanno trasmesso con successo onde cerebrali via mail. Mandare segnali EEG codificati è un fatto innovativo e importante, e comunicare direttamente con il cervello di qualcuno che dovesse riacquisire delle abilità motorie dopo aver subito danni cerebrali, ad esempio a causa di un infarto, potrebbe velocizzare il processo di riabilitazione.

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Questo metodo sarebbe simile agli approcci attuali della neuroriabilitazione alla cecità congenita, per cui viene stimolata elettricamente la porzione di neuroni che riguarda l'attività della vista, nella speranza di attivarla.

"Si impara per tentativi ed errori," mi ha spiegato Stocco. "Il tuo cervello cerca di fare una qualche attività motoria, tu osservi e valuti quale sia stato il risultato, e sostanzialmente viene usato un segnale d'errore verso il cervello per alterare la plasticità dei tessuti rimanenti nella giusta direzione. Questo è l'unico segnale che hai nella vita normale."

"Ma potremmo velocizzare questo processo se potessimo dare, invece di un singolo segnale che affermi se stai facendo giusto o sbagliato, un segnale più preciso che indichi cosa esattamente non sia corretto del movimento," ha continuato. "È l'equivalente di trasmettere uno schema alla parte che riguarda l'intenzione e quale sia il movimento giusto da attuare." Tuttavia c'è un potenziale impedimento a questa applicazione, ha affermato Stocco, cioè il fatto che la relazione tra le onde cerebrali e specifiche azioni della neuroriabilitazione è altamente specifica, molto diversa da individuo a individuo.

Immagine: Stocco et al/Plos One

La capacità di testare associazioni tra segnali neurali e specifiche azioni potrebbe anche essere usata per testare teorie neuroscientifiche: in questo ambito, un grande problema riguarda il fatto che l'associazione di pensieri o azioni con specifiche porzioni di neuroni sia una questione di correlazione piuttosto che di causalità.

L'attività nel cervello è facilmente controllabile con l'fMRI e altri metodi, ma la sua associazione con certe azioni è spesso stabilita attraverso un resoconto dell'individuo o altri metodi indiretti. Considerate ad esempio questo studio recente, che ha associato i neuroni nello striato ventrale con il fenomeno del "choking under pressure", analizzando le performance di alcuni soggetti.

In altre parole, se spesso riusciamo a capire in che aree del cervello stia accadendo cosa, non sappiamo necessariamente cosa sta succedendo, e i nostri metodi per confermare le associazioni sono spesso indiretti. Secondo Stocco, una stabile BBI potrebbe permettere ai ricercatori di colmare queste lacune nella ricerca.

"Un'interfaccia cervello-cervello che funziona davvero sarebbe in grado di identificare quali caratteristiche sono utili e necessarie, quali condizioni ci vogliano per una certa riflessione, e quali siano invece le correlazioni spurie," ha affermato Stocco. "Un'interfaccia cervello-cervello funzionante è uno strumento definitivo per testare le teorie neuroscientifiche."

Il sistema di Stocco e Rao è attualmente in fase di ricerca e richiede molti approfondimenti e test per raggiungere un livello di accuratezza tale da aprire a scenari e applicazioni davvero innovativi.

La tecnologia di comunicazione cerebrale, come molti altri progetti, punta fermamente al futuro, procede lentamente ma senza esitazione. Anche se pare non comunicheremo telepaticamente con la nostra BBI personale molto presto, le ricerche di Stocco e Rao potrebbero dimostrarsi presto foriere di enormi avanzamenti nel campo delle neuroscienze.