Una nuova e innovativa interfaccia cervello-macchina (BMI) utilizza la luce per comunicare direttamente con il cervello, aggirando i tradizionali percorsi sensoriali. Recenti esperimenti con i topi dimostrano un dispositivo wireless minimamente invasivo in grado di fornire input artificiali a neuroni geneticamente modificati, “parlando” effettivamente al cervello attraverso schemi di luce. Questa tecnologia potrebbe rivoluzionare la ricerca neuroscientifica e promettere futuri progressi nel campo delle protesi.
Come funziona il dispositivo
Il dispositivo, più piccolo di un dito umano, si adatta alla curvatura del cranio e contiene 64 minuscoli LED, un circuito elettronico e un’antenna ricevente. Funziona utilizzando la comunicazione a campo vicino (NFC) – la stessa tecnologia alla base dei pagamenti con carta contactless – per controllare in modalità wireless i LED. A differenza dei tradizionali BMI che richiedono impianti cerebrali diretti o ingombranti hardware esterni, questo dispositivo si trova sotto il cuoio capelluto, proiettando la luce direttamente sul tessuto cerebrale.
La chiave è la modificazione genetica. Le cellule cerebrali non rispondono naturalmente alla luce, quindi i ricercatori hanno utilizzato l’editing genetico per introdurre canali ionici sensibili alla luce nei neuroni. Quando attivati dai LED, questi canali attivano segnali neurali, consentendo un controllo preciso sull’attività cerebrale. Questa tecnica, nota come optogenetica, consente ai ricercatori di bypassare completamente il sistema sensoriale.
Esperimenti con il mouse dimostrano la funzionalità
Negli esperimenti, i topi sono stati addestrati ad associare specifici schemi di luce alle ricompense. Controllando in modalità wireless i LED, i ricercatori hanno potuto istruire il dispositivo a produrre diversi lampi di luce, che i topi hanno imparato a riconoscere e a cui rispondono. Ad esempio, alcuni schemi li hanno guidati verso l’acqua zuccherata nascosta in un labirinto di laboratorio.
“È come se potessimo proiettare una serie di immagini – quasi come riprodurre un film – direttamente nel cervello controllando [la] sequenza di schemi”, ha affermato John Rogers, autore senior dello studio della Northwestern University.
Il dispositivo non si limita a stimolare le aree di percezione visiva; può attivare i neuroni attraverso l’intera corteccia, consentendo modelli complessi di attività neurale.
Implicazioni per la ricerca futura e le protesi
Il team vede un potenziale significativo nelle protesi. Questa tecnologia potrebbe aggiungere sensazioni realistiche – come il tocco o la pressione – agli arti protesici, o persino ripristinare input uditivi o visivi nei pazienti con disabilità sensoriali.
Bin He, un ricercatore di neuroingegneria della Carnegie Mellon University non coinvolto nello studio, ha definito la tecnica “nuova” e ha suggerito che potrebbe avere “varie applicazioni nella ricerca neuroscientifica utilizzando modelli animali… e oltre”.
Tuttavia, permangono ostacoli normativi. La sfida più grande è garantire l’approvazione per la componente di modificazione genetica, poiché le tecniche optogenetiche stanno appena iniziando a essere esplorate negli esseri umani. Anche se si prevede che il dispositivo funzioni in modo simile negli esseri umani, sono necessari ulteriori test.
Questa tecnologia rappresenta un potente strumento per la ricerca fondamentale sulle neuroscienze. Permette agli scienziati di bypassare i canali sensoriali naturali e di interfacciarsi direttamente con il cervello, aprendo nuove strade per comprendere i processi neurali. Sebbene i test sull’uomo siano ancora lontani anni, questa svolta segna un passo significativo verso una nuova generazione di interfacce cervello-macchina.
