Neurotecnologie avanzate: l’alba di una nuova era nell’interazione Uomo-Macchina

Recentemente  ho letto un articolo interessante dal “Il Sole 24 Ore” che ha attirato la mia attenzione sul trend di sviluppo delle tecnologie Brain-Computer Interface (BCI) e sullo stato di fatto attuale. A titolo divulgativo e  per i meno esperti provo a spiegare brevemente di cosa sto parlando: il settore delle BCI è un campo in rapida crescita nell’ingegneria biomedica e nell’intelligenza artificiale, unisce neuroscienze e ingegneria per sviluppare sistemi capaci di interagire direttamente con il sistema nervoso centrale. Seguo da tempo questo settore e già nel 2015 avevo avuto modo di testare alcuni gadget che mi hanno consentito di apprezzare l’esperienza di controllo di alcuni oggetti o simulazioni sul pc;  a partire dal gioco della Mattel mindflex fino ad arrivare al brain controller Emotiv EPOC; i risultati erano promettenti ma ora le cose sembrano essere cambiate radicalmente grazie alle innovazioni pazzesche nel settore della microchirurgia cranica e l’evoluzione dell’intelligenza artificiale.

Il focus dell’articolo, che ho letto,  era su un’annuncio piuttosto rivoluzionario: Elon Musk ha dichiarato che il primo chip per il cervello umano da parte di Neuralink è quasi pronto e che stanno cercando volontari per impiantarlo. Questa notizia ha stimolato   la mia curiosità riguardo l’attuale stato dell’arte ed i progetti più promettenti in questo ambito. Ho letto , pertanto, diversi paper e studi  ma mi sono soffermato solo su alcuni di essi ed in particolare su: Neuralink e Rain Neuromorphics, di cui voglio riportarvi alcuni cenni.

Neuralink, fondata da Elon Musk, ha sviluppato un  dispositivo, grande quanto una moneta, è stato progettato per essere impiantato nel cervello con una chirurgia minimamente invasiva.

Utilizza micro filamenti ed elettrodi per monitorare l’attività neuronale e comunica via wireless con un computer esterno. Da quanto dichiarato il chip  potrebbe permettere, soprattutto a persone paralizzate, di controllare dispositivi esterni semplicemente con il pensiero. Il progetto Neuralink rappresenta di fatto un’avanzamento significativo nel campo dell’interfaccia cervello-computer (BCI) ed  avrà il potenziale di trasformare radicalmente non solo il campo medico, ma anche il modo in cui interagiremo con il mondo digitale. Da quanto sono riuscito a capire, nel progetto Neuralink, sono state sviluppate sonde neurali avanzate, caratterizzate dall’uso di materiali sottili e biocompatibili, principalmente di  poliimide, chiamate “filamenti”, progettate per essere il meno invasive possibile.

Ogni filamento presenta 32 elettrodi indipendenti e mira a minimizzare lo spostamento del tessuto cerebrale durante l’inserimento. La varietà dei filamenti ed elettrodi creati risponde a diverse necessità di registrazione, con un focus sulla precisione grazie all’uso di tecniche di microfabbricazione avanzate. Per risolvere alcuni problemi legati all’installazione/impianti dei filamenti molto flessibili è stato altresì progettato un robot neurochirurgico specializzato per inserire con precisione gli stessi  nel cervello. Il robot è equipaggiato con un meccanismo di inserimento sofisticato che consente un posizionamento preciso e controllato dei filamenti. Il sistema di visione e imaging integrato nel robot permette un targeting accurato durante l’inserimento, essenziale per evitare i vasi sanguigni e massimizzare l’efficacia dell’installazione.

Il robot ha dimostrato un’alta percentuale di successo nell’inserimento dei filamenti, sottolineando la sua efficienza e la sua capacità di scalare in procedure di registrazione neurale complesse. Gli elettrodi inseriti sono interconnessi con un dispositivo progettato ad hoc, un circuito integrato specifico  (ASIC) necessario per gestire le esigenze di registrazione neurale. Il dispositivo è al centro della piattaforma di registrazione ed è stato progettato per essere altamente configurabile e per operare in modo efficiente dal punto di vista energetico.

L’ASIC si occupa di amplificare, campionare e digitalizzare i segnali neurali, mantenendo un basso consumo energetico. Sono state realizzate due configurazioni di sistema, una da 1.536 canali e l’altra da 3.072 canali (ovviamente faccio riferimento ai dati del  paper ma è aimhè un pò vecchio), entrambe caratterizzate da design compatto, involucri protettivi e connessioni USB-C per il trasferimento dati. La complessità del sistema ovviamente non mi consente di entrare nei dettagli ma per chi volesse saperne qualcosa in più può  leggere il documento originale al link: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/703801v1.full.pdf

Rain Neuromorphics, supportata da Sam Altman, sebbene non sia in questo momento orientata a costruire una interfaccia BCI, si sta concentrando, invece sull’ottimizzazione di chip orientati all’uso di modelli neurali avanzati,  ovvero sui chip neuromorfici che usano memristori per imitare la plasticità sinaptica del cervello umano. Questi chip possono avere applicazioni rivoluzionarie nell’intelligenza artificiale orientati all’ottimizzazione del consumo energetico. I chip neuromorfici sono una  tecnologia  progettata per imitare la struttura ed il funzionamento del cervello umano; a differenza dei tradizionali microprocessori, che sono basati su un’architettura lineare e sequenziale, i chip neuromorfici utilizzano un approccio più parallelo e distribuito, simile a come funzionano i neuroni e le sinapsi nel cervello. Il cuore di questa tecnologia è spesso costituito da memristori, componenti elettronici che possono modulare la loro resistenza in base alla storia delle correnti elettriche che li attraversano. Questo permette ai memristori di imitare la plasticità sinaptica, ovvero la capacità delle sinapsi nel cervello di rafforzarsi o indebolirsi in base all’attività neuronale. Questa caratteristica è fondamentale per i processi di apprendimento e memoria nel cervello umano.

L’idea di utilizzare la tecnologia dei chip neuromorfici, come quelli sviluppati da Rain Neuromorphics, per espandere o migliorare le capacità del cervello umano entra nel campo della neurotecnologia e dell’interfaccia cervello-computer (BCI). I chip neuromorfici in futuro potrebbero potenzialmente essere utilizzati per ripristinare funzioni perse a causa di lesioni neurologiche, aiutare nel trattamento di disturbi come l’epilessia o persino migliorare le capacità cognitive naturali, ma questa è ancora un’area di ricerca molto sperimentale e bisogna affrontare numerose sfide tecniche, etiche e di sicurezza, prima che possa diventare realtà, ma ciò non toglie che si stanno costruendo le basi per un futuro quanto meno “diverso”.

Oltre ai progetti citati, resi famosi anche dai nomi dietro il loro sviluppo, esistono altri progetti degni di essere seguiti:

• Sinaps, guidato dall’Istituto Italiano di Tecnologia, si propone di sviluppare interfacce avanzate cervello-macchina,  integrando tecniche di imaging cerebrale e stimolazione neurale.
• NeuroPace che con il suo neurostimolatore per prevenire crisi epilettiche sembra un progetto promettente,
• NeuroSigma e il suo dispositivo di stimolazione del nervo trigemino;
• Synchron Medical che lavora su neuroprotesi motorie;
• Neurable con un gioco VR controllato dal cervello;
• NextMind, che ha creato un dispositivo indossabile per rilevare l’attività cerebrale.

Guardando al futuro, le interfacce cervello-computer (BCI) potrebbero andare ben oltre il campo medico, influenzando l’educazione, il lavoro e il tempo libero. Queste tecnologie hanno il potenziale di trasformare l’apprendimento e la comunicazione, consentendo la trasmissione diretta di informazioni al cervello. Ciò potrebbe incrementare le possibilità in ambiti come i videogiochi e l’arte, dove il cervello diventerebbe uno strumento creativo diretto. In ambito lavorativo, l’integrazione delle BCI potrebbe aumentare drasticamente l’efficienza e la produttività. Gli utenti potrebbero controllare macchinari o sistemi informatici semplicemente con il pensiero, rivoluzionando settori come la manifattura  o l’esplorazione spaziale. Nel settore dell’intrattenimento, le applicazioni ricreative come videogiochi o esperienze virtuali controllate dal cervello aprono nuove frontiere e  potrebbero ispirare nuove forme di arte e di espressione creativa, dove gli artisti potrebbero  utilizzare le loro onde cerebrali per creare opere digitali o interattive. Le BCI avranno anche un impatto significativo sulle scienze cognitive e sulla comprensione della mente umana. La capacità, infatti,  di ‘leggere’ e interpretare i segnali neurali in tempo reale offrirà  l’opportunità senza precedenti di studiare il cervello, aprendo nuove strade nella ricerca sulle neuroscienze e sulla salute mentale. Le prospettive future delle BCI sono vastissime e potenzialmente rivoluzionarie, ma devono essere gestite con una visione olistica che consideri tutti gli aspetti implicati.

Se come ingegnere, confesso di essere  entusiasta delle possibilità che si aprirebbero grazie a queste innovazioni, la mia natura razionale mi spinge, nel contempo, a considerare attentamente le possibili ricadute. Sono consapevole che, nonostante i benefici, non possiamo ignorare le questioni etiche e di sicurezza. La privacy, il consenso e l’impatto sulla nostra percezione di autonomia e identità sono aspetti cruciali che devono essere affrontati. Come progressista, ritengo sia fondamentale garantire che queste tecnologie siano accessibili e utilizzabili in modo equo, evitando di creare nuove disparità, ma penso che sia essenziale iniziare il percorso  con un approccio equilibrato, promuovendo l’innovazione ed assicurando che i progressi tecnologici siano guidati da considerazioni responsabili.

Il mondo dei borg dopotutto non è così bello come invece sostiene “madre”: