Una breve storia

Che ci crediate o no, nonostante quanto possano sembrare fantascientifici e futuristici, i BCI esistono da un po' di tempo. L'attività elettrica del cervello umano fu registrata per la prima volta dopo che Hans Berger sviluppò il primo elettroencefalogramma (EEG) nel lontano 1924. Lui e altri ricercatori trascorsero i decenni successivi a fare scoperte fondamentali nel campo delle neuroscienze, la più notevole per i BCI fu la scoperta del onda alfa. Poi, nel 1965, il compositore americano Alvin Lucier costruì una delle prime "interfacce cervello-computer" per il suo pezzo Music for Solo Performer. Ha collegato altoparlanti a vari strumenti a percussione e ha utilizzato un EEG e un hardware di elaborazione del segnale per far "suonare" gli strumenti alle onde alfa di chi lo indossa! Il primo BCI convenzionale (un sistema che controlla un computer) prodotto è stato Jacques Vidal, professore all'UCLA. Ha coniato il termine e proposto la "sfida BCI" (controllo di oggetti esterni utilizzando segnali cerebrali) nel suo articolo del 1973 Toward direct brain-computer communication e ha continuato a costruire un BCI basato su EEG per controllare un cursore sullo schermo di un computer.

BCI invasive

Mentre la maggior parte del primo lavoro sulle BCI è stato svolto utilizzando l'EEG e altri metodi non invasivi, i ricercatori hanno rapidamente iniziato a sperimentare metodi invasivi. Posizionando gli elettrodi all'interno del cervello anziché sulla testa, il dispositivo è in grado di leggere il segnale in modo molto più chiaro (meno rumore) e con molta più precisione (maggiore risoluzione spaziale). I metodi non invasivi possono mirare solo alle aree cerebrali generali su cui vengono posizionati e il segnale che leggono è un mashup dell'attività dei neuroni vicini. I metodi invasivi, invece, sono in grado di colpire gruppi specifici di neuroni o addirittura singoli neuroni stessi.

Una delle prime applicazioni BCI invasive era un sistema di visione artificiale per la cecità non congenita (non dalla nascita), introdotto da William Dobelle. Il suo primo prototipo, un array di 68 elettrodi, è stato impiantato nella corteccia visiva di un paziente nel 1978. Abbinato a telecamere montate su occhiali, questo sistema ha permesso al paziente di vedere contorni e sfumature di grigio in un piccolo campo visivo. Dobelle ha costruito una seconda versione più potente del dispositivo e ha continuato a ripristinare la visione limitata in 16 pazienti. A testimonianza del livello di successo, il primo a ricevere questo impianto di seconda generazione, Jens Naumann, è stato in grado di guidare lentamente in un parcheggio subito dopo aver ricevuto l'impianto. Sfortunatamente, Dobelle è morto prima che il suo lavoro fosse adeguatamente documentato e senza nessuno in vita che potesse mantenere i dispositivi,

Più recentemente, i BCI sono saliti sotto i riflettori dopo le impressionanti demo di Neuralink e le alte promesse di Elon Musk per la tecnologia. Va notato che ci sono parecchie altre aziende e laboratori di ricerca che lavorano su BCI commerciali invasivi, alcuni dei quali sembrano essere molto più avanti di Neuralink (sebbene stiano recuperando rapidamente terreno). Mentre Neuralink sta ancora aspettando l'approvazione della FDA per i test sull'uomo (al "Mostra e racconta" di Neuralink del novembre 2022, Elon ha dichiarato di aspettarsi di essere approvato entro i prossimi 6 mesi), Synchron è stata la prima azienda ad essere approvata nel luglio 2021. detto, Neuralink ha ancora le demo di gran lunga più impressionanti, mostrando scimmie che svolgono una varietà di attività di controllo e reagiscono a stimoli visivi artificiali attraverso lo stesso dispositivo.

Applicazioni

Le poche applicazioni discusse finora sono solo la punta dell'iceberg. Nella loro forma attuale e nel prossimo futuro, le BCI sono in grado di fornire terapie e soluzioni per una miriade di problemi medici. Le attuali principali applicazioni riguardano il ripristino della vista, il ripristino del movimento o il controllo di protesi robotiche e la comunicazione tramite digitazione virtuale e controllo dei cursori.

In futuro, questi dispositivi saranno in grado di portare ciascuna delle attuali applicazioni molto oltre, espandersi in altre applicazioni mediche e alla fine forse anche essere utilizzati per aumentare i consumatori. Con dispositivi a larghezza di banda più elevata come Neuralink, dovrebbe essere possibile il ripristino completo della vista in ogni individuo. Verranno realizzate protesi robotiche migliori e le BCI potrebbero persino essere in grado di agire come uno "shunt neurale" per ripristinare il movimento in alcuni casi di paralisi. La comunicazione attraverso le BCI continuerà a migliorare man mano che vengono raccolti più dati consentendo a modelli di intelligenza artificiale più sofisticati di imparare a interpretare, codificare e trasmettere i nostri pensieri [1]. Oltre alle attuali applicazioni, ricercatori e aziende hanno studiato la fattibilità dell'utilizzo delle BCI per diagnosticare e trattare vari disturbi neurologici e malattie mentali.

Anche un'attuale applicazione non medica per BCI sta iniziando a prendere forma: i controller di gioco. Ci sono già alcune aziende che sviluppano BCI basati su EEG non invasivi per giocare ai videogiochi, incluse alcune che li costruiscono in visori VR. Sebbene sia ancora nelle sue fasi iniziali come applicazione, esiste un motivo molto valido per questa tecnologia che crea un nuovo mezzo di gioco e narrazione incredibilmente coinvolgente. Consente inoltre a coloro che non sono in grado di utilizzare i controller esistenti di divertirsi con i videogiochi.

Infine, molto più avanti nel tempo, i BCI potrebbero persino essere disponibili per i consumatori. Sebbene questa sia certamente una questione controversa ed eticamente complessa se si considerano prezzo e disponibilità, sicurezza e implicazioni filosofiche, è divertente speculare sui superpoteri che i BCI potrebbero darci. Immagina di non aver mai più bisogno di un telefono o di un computer, con un BCI puoi inviare un pensiero ad un amico piuttosto che un messaggio, salvare ricordi invece di immagini o video, scaricare informazioni al posto di innumerevoli ore di ricerca e molto altro ancora!

[1] Un esempio di ciò a cui mi riferisco è un recente studio di Stanford (maggio 2021) in cui i ricercatori sono stati in grado di migliorare drasticamente le parole al minuto di un paziente. Invece di digitare controllando un cursore su una tastiera virtuale come è l'approccio standard, hanno fatto immaginare al partecipante di scrivere le lettere e addestrato una rete neurale artificiale per decodificare l'attività neurale corrispondente nelle parole. Neuralink ha quindi mostrato una demo simile con le loro scimmie al loro evento Show and Tell del 2022. Man mano che vengono raccolti più dati, credo che le ANN saranno in grado di decodificare pensando alla parola o alla frase o all'idea stessa.

Questo articolo è stato scritto per QMIND, la più grande comunità universitaria del Canada per i leader nella tecnologia dirompente.