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L’interfaccia cervello-computer deve porre fine all’isolamento dei pazienti con sindrome chiusa

La sindrome del lockdown è un raro disturbo neurologico. È spesso causato da sclerosi laterale amiotrofica (SLA), una malattia degenerativa incurabile del sistema nervoso motorio. Gli individui affetti corrono il rischio di perdere il controllo completo dei muscoli, mentre la coscienza e le funzioni mentali rimangono intatte. Ciò significa che le persone colpite possono vedere e sentire, ma di solito rimangono solo le palpebre come mezzo di comunicazione. La facilitazione critica della comunicazione con i pazienti incarcerati è prevista dalle tecnologie dell’interfaccia del computer del cervello (BCI). Questi risultati si basano sulla scoperta che anche immaginare il comportamento si traduce in cambiamenti misurabili nell’attività elettrica del cervello. Ad esempio, immagina di muovere una mano o un piede che attiva la corteccia motoria.

Le tecniche di interfaccia cervello-computer si dividono in metodi invasivi e non invasivi. Nei metodi non invasivi, l’attività cerebrale viene misurata utilizzando elettrodi applicati manualmente sul cuoio capelluto. Le misurazioni si basano sull’elettroencefalografia (EEG), che presenta gli svantaggi di una bassa risoluzione del segnale e di una precisione limitata.

Tecniche invasive per interfacce cervello-computer

La tecnologia implantare sarà in grado di decodificare il parlato in tempo reale dai segnali cerebrali.

Professor Gernot Muller-Putz.

I metodi invasivi possono compensare queste debolezze utilizzando elettrodi per misurazioni elettrocorticali, che vengono impiantati sulla corteccia motoria. Finora, l’applicabilità delle tecniche invasive di interfaccia cervello-computer manca ancora della miniaturizzazione e dell’elevata risoluzione spaziale richieste, poiché ciò richiede un gran numero di punti di misurazione in uno spazio ridotto. Inoltre, il programma non può ancora essere applicato dai soli soggetti del test. Sia i sistemi basati su EEG che quelli intracorticali spiegano la frequente calibrazione per riportare gli algoritmi allo stato dell’arte. Professor Gernot Muller-Putz Da Istituto di Neurotecnologie dell’Università Tecnica di GrazAustria, fuori.

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Attualmente sta svolgendo attività di ricerca presso lo European Research Consortium CitofonoChe mira a risolvere questi problemi. La tecnologia implantare sarà in grado di decodificare il parlato in tempo reale dai segnali cerebrali. Per la prima volta, i pazienti trapiantati disporranno di un sistema di comunicazione completo e facile da usare che consente loro di parlare e controllare un cursore del computer.

Decodifica dei movimenti articolari delle interfacce cervello-computer (C) University Medical Center Utrecht / RIBS

Utrecht

Il Consortium of Research and Industry Partners è guidato dal professor Nick Ramsey di Centro medico universitario UMC Utrecht. È già stato mostrato in un lavoro preliminare che un tentativo di movimento della mano può essere rilevato e utilizzato come clic del mouse. Funziona in modo simile alla tecnologia assistiva, in cui le singole lettere vengono scansionate e il paziente può selezionare e fare clic sulle lettere, spiega il professor Muller-Putz.

Lui stesso ha appena completato il progetto UE Senti quanto sei arrivato lontano Completo, in quanto è stato in grado di calcolare le traiettorie dei movimenti del braccio visualizzati con una certa probabilità di segnali EEG. Questa tecnologia sarà migliorata nel progetto attuale. All’Università tecnica di Graz, in Austria, l’attenzione si è finora concentrata sulle tecnologie di interfaccia cervello-computer non invasive. In collaborazione con il professor Ramsey, Müller-Putz sta ora lavorando per la prima volta sulle misurazioni elettrocorticali (ECoG). Il materiale su cui sono fissati gli elettrodi – la cosiddetta matrice – si trova direttamente sulla corteccia motoria.

Due approcci alla ricerca

Per far avanzare in sicurezza la ricerca, i partner di ricerca stanno adottando due approcci: il team di Ramsey vuole generare il discorso dai tentativi di parlato, il che significa che i ricercatori valutano il tentativo di una persona di produrre i singoli suoni di una parola parlata. In questo modo, possono leggere ciò che una persona sta cercando di dire in tempo reale dai segnali del cervello.

Il team di Müller-Putz si concentra su qualsiasi forma di comunicazione aggiuntiva che può essere descritta utilizzando i movimenti del cursore, dalla semplice selezione delle icone sullo schermo ai movimenti del cursore e alle scelte che il paziente può controllare.

I dispositivi di interfaccia cervello-computer sono costituiti da una serie di elettrodi – chiamati array – e un amplificatore di biosegnale. Mentre un set di elettrodi viene posizionato sopra le aree motorie, un amplificatore di biosegnale viene impiantato nelle ossa del cranio. Quest’ultimo ha il compito di elaborare i dati e trasmetterli in modalità wireless a computer remoti per l’analisi e la decodifica.

minimizzare vs. Alta precisione

Una delle sfide tecniche è la summenzionata miniaturizzazione, che è un prerequisito per l’impianto. È necessaria un’elevata risoluzione spaziale durante la registrazione dei segnali cerebrali. Ciò significa troppi punti di misurazione rispetto alle dimensioni dell’array. Più piccolo è l’array, più vicini devono essere disposti gli elettrodi. La precisione temporale è misurata nell’intervallo di millisecondi. Sia l’elevata risoluzione spaziale che quella temporale sono essenziali per la decodifica vocale in tempo reale.

Per convertire i segnali cerebrali in parole pronunciate, vengono utilizzati algoritmi per estrarre i parametri dai dati di misurazione. Descrive se la bocca vuole emettere suoni o se la mano vuole spostare il cursore. Alla fine, il sistema non è stato ancora integrato nel software in esecuzione in un’applicazione domestica senza esperti tecnici. A tal fine, il sistema deve essere facile da usare, robusto e utilizzare le più recenti tecnologie basate sull’apprendimento automatico e sull’intelligenza artificiale.

partner industriali

Due dei partner industriali del consorzio sono responsabili della progettazione dell’hardware: con sede in Svizzera Wyss Center for Bioengineering and Neuroscience Progetti di amplificatori di segnali vitali, produttore tedesco di dispositivi medici corticale Svilupperà parti dell’elettronica impiantabile che registrano i segnali cerebrali: elettrodi ECoG ad alta precisione appositamente progettati e cavi ad alto canale.

“I singoli componenti sono già in design diversi. Ora li metteremo a punto e per la prima volta uniremo elementi diversi in modo da poterli ottenere nel modo giusto. Questa è la parte eccitante”, afferma Muller-Putz. L’interfaccia cervello-computer sarà testata su due persone con sindrome Locked-in a Utrecht e Graz.

Informazioni sul progetto INTRECOM

Il progetto partirà in autunno. Il professor Muller Pötz si sta attualmente preparando e sta ancora cercando dottorandi e dottorandi interessati da inserire nel team dell’Istituto di neurotecnologia dell’Università di tecnologia di Graz, in Austria. La neurotelemetria intracranica per la comunicazione di ripristino (INTRECOM) è stata selezionata dal Consiglio europeo per l’innovazione (Pathfinder برنامجÈ finanziato dall’Unione Europea con circa 4 milioni di euro. Il progetto durerà dall’autunno 2022 all’autunno 2026.