Sono stati creati dei sensori neurali grandi come un granello di sale

I ricercatori della Brown University hanno sviluppato un innovativo sistema di interfaccia computer-cervello composto da minuscoli sensori

Circa 0,1 millimetri cubi. È quanto misura un granello di sale, e, adesso, anche un nuovo tipo di sensori in grado di registrare l’attività elettrica dei neuroni: il campo delle interfacce computer-cervello non smette di stupirci. Un team di ricercatori della Brown University, negli Stati Uniti, infatti, ha gettato le basi per progettare un innovativo sistema di interfaccia neurale che impiega una rete di minuscoli sensori, indipendenti tra loro e coordinati tramite segnale wireless, che sono capaci, in studi su animali, di registrare l’attività della corteccia cerebrale. La speranza è quella, in futuro, di riuscire a studiare meglio e a curare condizioni che impediscono al cervello di comunicare con il resto del corpo. I risultati dello studio sono stati pubblicati su Nature Electronics.

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Quasi fantascienza

Controllare l’ambiente che ci circonda con la sola forza del pensiero: fino a qualche anno fa, una prospettiva del genere apparteneva solamente al regno della fantascienza. Poi sono arrivate le interfacce computer-cervello, dispositivi di assistenza che sembrano promettere, in un futuro non troppo lontano, la possibilità, per le persone che hanno perso una funzione cerebrale (come camminare, manipolare oggetti, comunicare), di ripristinarla attraverso sensori impiantabili.

Il cervello e i tessuti che costituiscono il sistema nervoso comunicano attraverso segnali elettrici. Quando è presente un problema, come una lesione cerebrale, che intacca direttamente queste vie, la comunicazione è sospesa, e i segnali elettrici che partono dal cervello non riescono ad arrivare a destinazione. I sensori di cui sono costituite le interfacce neurali, invece, riescono a registrare i segnali elettrici nel cervello, li rielaborano e li utilizzano per guidare dispositivi esterni, come computer o protesi robotiche.

Il cervello umano, però, è un sistema ben più complesso di un computer: si stima che esso possieda circa 86 miliardi di neuroni e che, solo nella corteccia cerebrale, siano presenti più di 125mila miliardi di sinapsi (i collegamenti tra le cellule neuronali). Si tratta di un livello di complessità che sembra impossibile da raggiungere per le moderne tecnologie di interfacce neurali, anche le più sofisticate: la maggior parte degli attuali sistemi utilizza solamente uno o due sensori, e riesce a registrare fino a poche centinaia di neuroni, troppo pochi per comprendere e intervenire su alcune funzioni cerebrali. L’idea di fondo dei neuroscienziati è che più sensori si utilizzano, più neuroni possono essere registrati, ed eventualmente, stimolati.

Un hub di comunicazione

Il team di ricercatori, guidato da Arto Nurmikko, ha progettato una rete wireless di microsensori delle dimensioni di un granello di sale, per questo ribattezzati “neurograni”. In particolare, gli scienziati hanno usato 48 “neurograni”, impiantati in maniera indipendente l’uno con l’altro ma perfettamente comunicanti, per registrare l’attività elettrica della corteccia cerebrale di un roditore. Il sistema funziona in questo modo: ciascun microchip ha una porzione adesiva in grado di attaccarsi al cuoio capelluto, come un cerotto.

Ogni “neurograno” registra l’attività elettrica dei neuroni immediatamente vicini all’area dove è posizionato, e comunica con gli altri utilizzando un protocollo di rete. Quello che si ottiene è un vero e proprio hub di comunicazione esterno al corpo, che riceve i segnali dai microchip ed è in grado di registrare l’attività cerebrale.

Sebbene siano stati usati poco meno di 50 neurograni, questo limite deriva solo dalle dimensioni del cervello del roditore nello studio: i dati suggeriscono che l’attuale configurazione del sistema potrebbe supportarne fino a 770, e, con successivi sviluppi, si potrebbe arrivare a costruire reti di migliaia di “neurograni”. Questo vorrebbe dire una registrazione delle attività dei neuroni con una risoluzione senza precedenti.

Una delle grandi sfide nel campo delle interfacce cervello-computer è trovare modi per sondare il maggior numero possibile di punti nel cervello“, ha affermato Nurmikko: “Finora, la maggior parte delle interfacce computer-cervello era costituita da dispositivi monolitici, che consistono in piccoli letti di numerosi sensori. L’idea del nostro team era quella di scomporre quel monolite in minuscoli sensori che potessero essere distribuiti attraverso la corteccia cerebrale”.

Secondo i ricercatori si tratta di un grande passo in avanti verso un sistema che potrebbe consentire la registrazione dei segnali cerebrali con dettagli senza precedenti, portando a nuove intuizioni su come funziona il cervello e a nuovi modi di curare le persone con lesioni cerebrali o spinali. “La nostra speranza è che alla fine possiamo sviluppare un sistema che fornisca nuove conoscenze scientifiche sul cervello e nuove terapie che possano aiutare le persone colpite da lesioni devastanti“, chiosa il ricercatore.

Foto: Jihun Lee/Brown University

Chiara Di Lucente

Fonte: www.wired.it

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