Un impianto cerebrale consente a un uomo rinchiuso di tradurre i pensieri in frasi scritte

Ripubblicato da Platone

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immagini di neurofeedback di impianti cerebrali

La SLA (sclerosi laterale amiotrofica) è terribilmente crudele. Man mano che i neuroni che controllano il movimento muoiono lentamente, perdi la capacità di camminare, parlare e respirare. La tua mente rimane acuta, ma sei completamente bloccato, senza alcun modo di comunicare con il mondo esterno.

Questo è ciò che ha vissuto un uomo di 37 anni. Diagnosticato a 30 anni, in soli 4 mesi ha perso la capacità di parlare e camminare. Nel giro di due anni non riusciva più a muovere gli occhi: il suo unico metodo per comunicare con la moglie e il figlio piccolo. Respirando attraverso un ventilatore ed essendo completamente paralizzato, era intrappolato nella sua mente.

Determinato a evadere dalla sua prigione fisica, l'uomo si iscrisse una procedura altamente sperimentale. Due array di microelettrodi sono stati impiantati chirurgicamente nelle regioni del cervello che controllano il movimento. Poco più di 100 giorni dopo l'intervento chirurgico e dopo una formazione approfondita, il paziente è stato in grado di usare la mente per esprimere i suoi pensieri in frasi complete.

La sua prima richiesta? Cambia la posizione del suo corpo per sentirsi più a suo agio. Il suo prossimo? “Vorrei ascoltare l'album di Strumento [una band] ad alto volume", quindi "Ora una birra".

“Le persone hanno davvero dubitato che ciò fosse fattibile”, disse La dottoressa Mariska Vansteensel del Centro medico universitario di Utrecht, che non è stata coinvolta nello studio, a Scienze.

Se replicato, il sistema promette di riportare la comunicazione a centinaia di migliaia di persone che sono bloccate nelle loro menti, a causa della SLA, di un ictus, di un cancro o di lesioni cerebrali traumatiche. Per ora, il metodo è ancora lontano dall’essere pronto per l’uso clinico. Anni di formazione a parte, la procedura è altamente personalizzata per ogni persona, con un conto salato di almeno 500,000 dollari nei primi due anni.

Anche il campo è oggetto di controversie, con due degli autori dello studio coinvolto in uno scandalo per cattiva condotta scientifica per la loro lavoro passato su pazienti rinchiusi. Per quanto riguarda il nuovo lavoro, l’esperta di impianti cerebrali Dr. Natalie Mrachacz-Kersting dell’Università di Friburgo, che non era coinvolta ma è a conoscenza della loro storia, ha detto: “Direi che è uno studio valido. "

Al paziente non potrebbe importare di meno. “Per prima cosa voglio ringraziare” ha detto con la mente il dottor Niels Birbaumer, l'autore principale dello studio. Un anno dopo, "il mio più grande desiderio è un letto nuovo e domani verrò con voi per il barbecue", ha detto alla sua famiglia.

La lunga strada lì

La chirurgia cerebrale non è la prima scelta di nessuno.

Dopo la diagnosi, l’uomo ha delineato un piano d’azione familiare a qualsiasi famiglia che combatte contro la SLA. Al centro c'era un dispositivo di tracciamento oculare che poteva usare per esprimere i suoi pensieri. Ma man mano che i muscoli attorno agli occhi cedevano gradualmente, non riusciva più a fissare lo sguardo, rendendo il localizzatore inutilizzabile. La famiglia ha successivamente sviluppato il proprio sistema carta e penna in modo da poter tenere traccia dei pensieri semplici in base ai movimenti degli occhi. Era rudimentale: ogni movimento oculare osservabile è considerato un “sì”, altrimenti si assume un “no”.

Rendendosi conto che presto avrebbe potuto perdere il controllo visivo, il paziente ha iniziato il suo viaggio per comunicare solo attraverso i segnali elettrici del suo cervello. Con l’avvento di software sempre più potenti e di impianti cerebrali biocompatibili, collegare il cervello ai computer– e aggirare il danno neurale – si sta trasformando in una strategia ampiamente potente, anche se ancora sperimentale, per combattere la paralisi.

Partendo da una configurazione non invasiva, gli sono stati applicati degli elettrodi sulla superficie del cranio per catturare gli ampi schemi elettrici del suo cervello. Poiché il cranio disperde i segnali e introduce rumore, il sistema ha misurato anche i segnali elettrici attraverso l’occhio come fonte di dati separata. Sviluppato da autori dello studio Birbaumer e il suo collaboratore di lunga data Dr. Ujwal Chaudhary, il sistema funzionava su un binario “sì” o “no”.

Nel giro di un anno, le comunicazioni fallirono ancora una volta. Anticipando il suo destino di reclusione totale, l'uomo, d'accordo con la moglie e la sorella, ha evitato del tutto lo sguardo. Invece, hanno optato per impianti cerebrali per attingere direttamente ai suoi segnali neurali.

Una lunga strada ancora

Nel giugno 2018, appena tre anni dopo la diagnosi, all’uomo sono stati impiantati due elettrodi microarray nella corteccia motoria. Ogni impianto conteneva 64 canali per ascoltare l'attività del suo cervello come un modo per decodificare e comunicare con il mondo esterno.

Non è un’idea nuova. Uno studio nel 2016 hanno utilizzato impianti cerebrali - per un totale di 16 elettrodi - in una donna per controllare la digitazione immaginando i movimenti nella sua mano. A differenza della paziente attuale, era ancora in grado di battere le palpebre, il che rendeva il suo caso diverso. "Non sappiamo davvero se la comunicazione, anche tramite segnali cerebrali, sia ancora possibile una volta che il controllo muscolare viene a mancare", hanno detto gli autori dello studio.

Quasi immediatamente si scontrano con un muro. Un giorno dopo l’impianto, mentre il paziente poteva ancora muovere gli occhi, il team gli ha chiesto di fare affidamento sulla precedente strategia della famiglia di comunicare “sì” o “no” monitorando i suoi segnali cerebrali. Purtroppo i segnali erano troppo deboli. Anche chiedere al paziente di immaginare i movimenti della mano, della lingua o del piede – tutti trucchi del lavoro precedente – non è riuscito a generare segnali neurali in grado di decodificare le sue intenzioni.

Quasi tre frustranti mesi dopo, la squadra ha cambiato strategia. Hanno sfruttato il neurofeedback, un metodo che consente a qualcuno di modificare i propri segnali cerebrali con feedback in tempo reale sul successo. Sembra una meditazione accademica che incontra la new age, ed è un po’ insolita come paradigma di allenamento. Ma il neurofeedback è in fase di test come metodo di autocontrollo delle funzioni cerebrali per una varietà di disturbi, tra cui ansia, Depressione, insonnia, dipendenza e altri, con diversi livelli di successo.

In questo caso, il team ha utilizzato il neurofeedback uditivo come un modo per misurare meglio le risposte neurali vicino agli elettrodi impiantati. Per prima cosa hanno suonato un tono e hanno chiesto all'uomo di provare a manipolare il tono più alto o più basso. Dietro le quinte, le attivazioni neurali dell'uomo aumentavano più o meno velocemente a seconda del tono, fornendo una potente base di partenza.

impianto cerebrale — *Immagine di credito: Chaudhary et al, Natura*

La strategia ha funzionato. Il paziente è stato in grado di spostare l’altezza del tono al primo tentativo. Nel giro di due settimane riuscì ad eguagliare il tono semplicemente concentrandosi. Questi test iniziali hanno permesso al team di individuare neuroni altamente reattivi e, utilizzando i dati, hanno ideato una strategia semplice: mantenendo un tono alto o basso, poteva indicare inizialmente "sì" o "no" e, successivamente, singole lettere .

Una lunga strada davanti

L'allenamento è stato duro. Ogni giorno della sessione, la squadra ha iniziato con 10 minuti di registrazioni di base mentre l’uomo riposava.

"È così che possiamo eseguire il nostro programma software per determinare la frequenza di attivazione dei diversi canali individuali" per vedere quali sono ottimali per il neurofeedback, hanno spiegato gli autori. Nel complesso, l'uomo ha risposto all'80% del feedback prima di continuare con le sessioni di ortografia. Entro i primi tre giorni era in grado di scrivere il suo nome, quello di sua moglie e di suo figlio.

Ma è pur sempre un compito estenuante: anche con mesi di addestramento, riusciva a comunicare a circa un carattere al minuto, ovvero 131 caratteri al giorno. E questi sono solo quelli intelligibili. Purtroppo anche con l’allenamento non si è verificato un aumento della velocità.

Per quanto scrupoloso sia, l’uomo è in grado di raggiungere il suo team di assistenza e la sua famiglia. Un messaggio chiedeva di tenere la testa più in alto quando aveva visitatori. Un altro non ha chiesto magliette, ma calzini per la notte.

"Ha anche dato suggerimenti per migliorare le sue prestazioni ortografiche scrivendo 'attiva il riconoscimento delle parole'", hanno detto gli autori circa sei mesi dopo l'impianto. Nel giro di un anno, disse al team "Ragazzi, funziona così facilmente" e chiese a sua moglie una bella cena a base di "zuppa di gulasch e zuppa di piselli dolci" nel suo sondino.

Il tempo, tragicamente, non era dalla sua parte. Nei tre anni trascorsi dal suo impianto, le comunicazioni rallentarono e divennero sempre più piene di errori, fino alla completa incomprensibilità.

Il motivo per cui ciò è accaduto rimane un mistero, ma gli esperti ritengono che sia probabile a causa del tessuto cicatrizzato che si forma intorno agli elettrodi, che smorza i segnali del cervello. Sebbene gli autori non abbiano segnalato alcuna infiammazione o infezione nella zona dell’impianto, si tratta sempre di un rischio.

Ma come pioniere, lo studio delinea un nuovo inizio per le persone che sono bloccate. Si tratta di una ricompensa elevata con una responsabilità estremamente elevata: molti pazienti in questa fase potrebbero essere alla fine della loro vita. Quanto possiamo avere fiducia in una tecnologia in grado di decodificare le loro opinioni sul trattamento e sulle decisioni mediche? Cosa succede se l'impianto cerebrale fraintende un pensiero che implica la loro cura? E per le malattie senza cura, a che punto questi ponti mente-macchina diventano una falsa speranza per i propri cari mentre il cervello lentamente svanisce?

Per ora, il paziente coraggioso non si preoccupa di tutto ciò. Con l’impianto, ha chiesto a suo figlio di quattro anni di guardare i film della Disney Robin Hoodo "strega e mago" su Amazon. "Amo il mio fantastico figlio", ha detto con il cervello.

Immagine di credito: Centro Wyss

Timestamp: 30 Marzo 2022