Interfacce cervello-computer: cosa sono e perché ne sentiamo parlare ora?

Gehirn-Computer-Schnittstellen: Was sind sie und warum hören wir jetzt von ihnen?
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Nutrire scimmie, guardare film con gatti, giocare ai videogiochi – sembra una bella giornata libera, giusto? Se sei un neuroscienziato, però, suona molto come l’ultimo mezzo secolo di ricerca sul collegamento del cervello umano ai computer.

Neuralink di Elon Musk, per quanto impressionante, è in gioco solo dal 2016 ed è solo una parte di un’ondata in continua crescita di risultati neuroscientifici. Quelle scimmie? Si nutrono di braccia robotiche collegate al cervello. I gatti stanno guardando i video e noi stiamo traducendo l’attività cerebrale risultante in immagini. E i videogiochi? Puoi giocarci con la tua mente.

Cosa sono le interfacce cervello-computer (BCIs)?

Per quanto complessa sia l’implementazione effettiva, il concetto alla base di un BCI è abbastanza semplice. I neuroni nel tuo cervello emettono segnali elettrici l’un l’altro quando fai le cose. Usando gli elettrodi all’interno o sul cranio, possiamo rilevare questi picchi, digitalizzarli, capire cosa sta facendo il cervello e tradurre quell’attività in un’azione o dati.

In questo modo, possiamo inviare segnali elettrici interpretabili a cose come sistemi informatici, protesi e persino robot, permettendoci di controllare potenzialmente i dispositivi intorno a noi e persino il nostro corpo, con un semplice pensiero. Anche questa connessione funziona in entrambi i modi. Possiamo codificare le informazioni digitali come segnali elettrici leggibili dal cervello e inviarle, fornendo un tipo di input sensoriale.

Le BCI sono generalmente suddivise in tre categorie principali: invasive, parzialmente invasive e non invasive. Come suggeriscono i nomi, le BCI invasive vengono impiantate direttamente nel cervello, il che fornisce loro la migliore “ricezione” in termini di capacità di raccogliere informazioni dettagliate su quali neuroni stanno facendo cosa.

Le BCI parzialmente invasive (ecco cos’è Neuralink) sono posizionate nel cranio, ma non direttamente nel cervello, il che le rende più sicure, meno intense dal punto di vista chirurgico e comunque abbastanza efficienti.

Le BCI non invasive non sono affatto attaccate alla testa. Probabilmente li hai già visti sotto forma di cappelli di gomma tempestati di elettrodi. Sono i più facili da usare, ma poiché sono più lontani dal cervello ma nel cranio, le onde generate dai neuroni che sparano non arrivano altrettanto, il che significa che i dati sono più rumorosi e non lo consentono controllo con la stessa precisione degli impianti cerebrali.

Cosa abbiamo fatto finora con BCI?

L’obiettivo principale di questa ricerca non è creare un essere umano potenziato dall’intelligenza artificiale con poteri telepatici di Internet. Probabilmente ciò accadrà, ma l’obiettivo è più un effetto a catena risultante dalla ricerca medica su cose come il trattamento di paralisi, cecità, sordità, mutismo, convulsioni e altri problemi sensoriali / del sistema nervoso centrale, che stanno guidando molti dei attuale ricerca sull’interfaccia cervello-computer.

Impianto cocleare Bci

Impianti cocleari, ad esempio, sono già utilizzati da centinaia di migliaia di persone. Non si interfacciano con un computer, di per sé, poiché il loro compito è prendere i suoni dal mondo esterno e tradurli in segnali elettrici che possono essere elaborati dal cervello, ma sono una buona dimostrazione di come possiamo inviare cervello -segnali leggibili dalle macchine.

Gli impianti retinici, sebbene non siano ancora così comuni, stanno già ripristinando una visione limitata a coloro che l’hanno persa. Le persone hanno persino utilizzato con successo i segnali cerebrali per controllare braccia e gambe robotiche, come Juliano Pinto, un paraplegico che ha fatto il calcio d’inizio ai Mondiali di Brasile 2014 usando un esoscheletro controllato dalla mente.

Diagramma del braccio robotico della scimmia Bci

Quando si tratta di collegare effettivamente il cervello ai computer in una sorta di capacità di lettura-scrittura più tradizionale, tuttavia, molte delle più grandi scoperte finora sono state ottenute con le scimmie.

Già nel 1969, gli scienziati furono in grado di convincere le scimmie a muovere l’ago su un quadrante usando solo segnali cerebrali. Nel 2008 lo erano usando il cervello per controllare le braccia del robot che ha portato loro il ciboe, nel 2011, le scimmie muovevano braccia robotiche mentre riceveva un feedback dalla parte del cervello responsabile del controllo delle braccia, come se stessero captando segnali da una delle loro braccia reali. Nel 2016, le scimmie raggiungevano velocità di battitura di dodici parole al minuto usando impianti neurali, pronunciando frasi shakespeariane come “Una banana con qualsiasi altro nome avrebbe un odore altrettanto dolce”.

Se queste tendenze continueranno, non dovremo nemmeno preoccuparci che l’IA possa conquistare il mondo: probabilmente le scimmie telepatiche arriveranno per prime.

Bci Monkey utilizzando il braccio robotico

Siamo anche stati in grado di raccogliere segnali di immagine accurati dal cervello di gatti e umani. Monitorando l’attività cerebrale nei gatti, ciascuno guardando uno degli otto cortometraggi, i ricercatori sono stati in grado di costruire abbastanza immagini dallo schermo per identificare quale film stava guardando ogni gatto.

Ed era nel 1999 – nel 2008, i ricercatori lo avevano fatto con successo negli esseri umani. Tra queste due prove, un adolescente che aveva ricevuto impianti cerebrali per l’epilessia è stato in grado di farlo battere diversi livelli di Space Invaders usando nient’altro che segnali cerebrali.

Questo elenco potrebbe facilmente continuare: le persone digitano, muovono i mouse sugli schermi, guidano auto, twittano, si inviano messaggi silenziosi l’un l’altro su Internet, pilotano droni, controllano smart TV e altro ancora. Questa tecnologia sta andando in alcune direzioni interessanti, come dimostra la ricchezza di startup che lanciano grandi idee.

Neuralink

Impianto Bci Neuralink

Questo progetto cattura molti titoli e per una buona ragione: Neuralink è probabilmente la BCI parzialmente invasiva più piccola, più leggera e facilmente impiantabile disponibile, e non sacrifica molto in termini di funzionalità. Ecco come funziona:

  • Neuralink utilizza uno strumento robotico per impiantare piccoli fili (1/10 della larghezza di un capello umano) nel cervello. Attualmente, ciò richiede l’esecuzione di piccoli fori, ma in futuro potrebbe essere necessario utilizzare un laser.
  • Questi fili sono collegati a chip, chiamati “sensori N1” incorporati nel cranio, che possono elaborare i dati che ricevono e anche inviare segnali elettrici al cervello.
  • Questi chip sono collegati a un dispositivo chiamato “The Link”, che è un dispositivo esterno indossabile in grado di interagire con il chip e inviare e ricevere in modalità wireless informazioni da altri dispositivi.
Bci Neuralink App per smartphone

Secondo Neuralink, i test su ratti e scimmie hanno già avuto successo e mirano a iniziare presto i test sugli esseri umani. I primi destinatari saranno le persone che hanno una necessità medica per il dispositivo, ma Elon Musk non ha nascosto di voler creare alla fine la cooperazione tra intelligenza artificiale umana attraverso questo tipo di interfaccia cerebrale. Il prodotto finale sarà in grado di collegarsi e controllare smartphone e altri dispositivi e, con il miglioramento della tecnologia, probabilmente vedremo molte altre applicazioni.

BrainGate

Un impianto cerebrale sviluppato da Cyberkinetics, BrainGate è uno dei primi BCI moderni. I soggetti umani dei test sono stati in grado di connettere con successo i computer al loro cervello già nel 2004 e nel 2012 Cyberkinetics ha dimostrato un braccio robotico controllato dal cervello che ha permesso alle persone paralizzate di raggiungere, afferrare e persino bere da una bottiglia. Hanno una lunga lista di pubblicazioni e risultati, che vanno dall’aiutare le persone a controllare gli arti del robot all’uso dei segnali cerebrali per suonare il pianoforte su un tablet.

Emotiv

Bci Emotiv Epoch +

Dato che è probabile che non molte persone si allineino per farsi trapanare dei buchi nella testa, ha senso che un BCI non invasivo disponibile in commercio sia un buon primo passo. Questo è esattamente quello che Emotiv fa. I loro auricolari EEG (elettroencefalografo) possono captare segnali dal tuo cervello, permettendoti di analizzare la tua attività mentale, controllare i dispositivi o persino ottenere informazioni su come i consumatori utilizzano i prodotti. È relativamente poco costoso, produce dati di livello di ricerca e tutto ciò che devi fare è infilarli!

Neurabile

Come Emotiv, Neurabile sta prendendo la strada non invasiva, commercializzando i suoi auricolari come modi a mani libere e senza voce per controllare il mondo digitale. Qualcosa che li distingue è la loro attenzione alla tecnologia VR come un modo per abilitare il gioco, l’addestramento e il controllo digitale controllati dalla mente, che potrebbe essere molto utile come un modo per addestrare il tuo cervello a cogliere rapidamente nuovi schemi, come l’adattamento al virtuale arti.

Questi sono solo alcuni dei progetti in corso nello spazio dell’interfaccia cervello-computer. Come ogni campo tecnologico all’avanguardia in questi giorni, ci sono molti giocatori in lizza per essere i primi e ci sono già state molte applicazioni interessanti messe in campo, da L’archetto per migliorare lo studio di BrainCo per Chip di archiviazione di memoria basati su AI del kernel.

Quanto siamo lontani dal fatto che BCIs sia la norma?

Probabilmente non riceverai presto un Neuralink installato. Nonostante le sue piccole dimensioni, fare dei buchi in testa sembra una sorta di grande salto. Tuttavia, il mercato delle cuffie per elettroencefalogramma non invasive sta iniziando a crescere e alcune cuffie disponibili in commercio hanno effettivamente un prezzo piuttosto ragionevole.

Alla fine, questi potrebbero essere abbastanza affidabili da poter essere utilizzati come parte del normale stack tecnologico, ma potrebbe richiedere del tempo. Le BCI stanno migliorando e miniaturizzando più velocemente che mai, tuttavia, come dimostra Neuralink, quindi è del tutto concepibile che in futuro l’installazione di un collegamento cervello-computer sarà qualcosa di simile, come dice Elon Musk, a ottenere LASIK. Non tutti lo faranno, ma sarà una procedura relativamente banale se è qualcosa di cui hai bisogno.

Crediti immagine: Impianto cocleare Blausen 0244, Emotiv Epoc +, BCI basato su EEG, Una piattaforma di interfaccia cervello-macchina integrata con migliaia di canali, Scimmia che utilizza un braccio robotico, Interfaccia cervello-computer (schematica)

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