L’uso quotidiano di robot e neuroprotesi controllati dal cervello è la promessa principale dell’interfaccia cervello-macchina (BMI) per le persone che soffrono di gravi disabilità motorie. Un nuovo studio dell' Università del Texas a Austin fa un passo avanti per le interfacce cervello-macchina: sistemi informatici che trasformano l’attività mentale in azione.
In questo studio, diverse persone con disabilità motorie potrebbero utilizzare una sedia a rotelle che traduce i loro pensieri in movimento. Lo studio è significativo anche per via delle apparecchiature non invasive utilizzate per il funzionamento sedia a rotelle.
José del R. Millán, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica della Famiglia Chandra della Cockrell School of Engineering, che ha guidato il gruppo di ricerca internazionale, ha affermato: “Abbiamo dimostrato che le persone che saranno gli utenti finali di questi tipi di dispositivi possono navigare in un ambiente naturale con l’assistenza di un interfaccia cervello-macchina. "
La nozione di sedia a rotelle alimentata dal pensiero è stata studiata per anni. Tuttavia, la maggior parte degli sforzi si è basata su persone non disabili o su stimoli che fanno sì che sia la sedia a rotelle a controllare l’utente invece del contrario.
In questo caso, tre persone affette da tetraplegia (l'incapacità di muovere le braccia e le gambe a causa di lesioni alla colonna vertebrale) hanno utilizzato la sedia a rotelle con vari gradi di successo in un ambiente caotico e naturale. L'interfaccia ha catturato i loro attività cerebralee un algoritmo di apprendimento automatico li ha convertiti in istruzioni per il funzionamento della sedia a rotelle.
Gli scienziati hanno notato, “Questo è un segno della futura fattibilità commerciale delle sedie a rotelle alimentate dalla mente che possono assistere le persone con funzioni motorie limitate”.
"Lo studio è significativo anche per via delle apparecchiature non invasive utilizzate per azionare la sedia a rotelle."
Sorprendentemente, gli scienziati non hanno impiantato alcun dispositivo nei partecipanti né hanno utilizzato alcun tipo di stimolazione su di loro. I partecipanti dovevano indossare un berretto con elettrodi che registravano l'attività elettrica del cervello, noto come an elettroencefalogramma (EEG). Questi segnali elettrici sono stati amplificati e trasferiti a un computer, traducendo i pensieri di ciascun partecipante in azioni.
Due importanti dinamiche hanno contribuito in modo determinante al successo dello studio. Il primo prevede un programma di formazione per gli utenti.
Le tecniche per visualizzare lo spostamento della sedia sono state insegnate agli utenti nello stesso modo in cui avrebbero imparato a muovere mani e piedi. L'attività cerebrale dei partecipanti allo studio è cambiata mentre davano comandi e gli scienziati sono stati in grado di monitorare questi cambiamenti.
Il secondo contributore ha preso in prestito dalla robotica. Per comprendere meglio l'ambiente circostante, gli scienziati hanno dotato le loro sedie a rotelle di sensori. Inoltre, hanno utilizzato un software di intelligenza robotica per aiutare la sedia a rotelle a viaggiare in modo accurato e sicuro, colmando le lacune nei comandi degli utenti.
Millan disse, “Funziona molto come andare a cavallo. Il cavaliere può dire al cavallo di girare a sinistra o di entrare in un cancello. Ma alla fine il cavallo dovrà trovare il modo ottimale per eseguire quei comandi”.
I membri del team del progetto includono Luca Tonin dell'Università di Padova in Italia; Serafeim Perdikis dell'Università dell'Essex nel Regno Unito; Taylan Deniz Kuzu, Jorge Pardo, Thomas Armin Schildhauer, Mirko Aach e Ramón Martínez-Olivera della Ruhr-Universität Bochum in Germania; Bastien Orset dell'École polytechnique fédérale de Lausanne in Svizzera; e Kyuhwa Lee del Wyss Center for Bio and Neuroengineering in Svizzera.
Riferimento della Gazzetta:
- Luca Tonin et al. Imparare a controllare una sedia a rotelle guidata dal BMI per persone con tetraplegia grave. iScienza. DOI: 10.1016/j.isci.2022.105418
