Gli impianti cerebrali di oggi sono ingombranti e in genere possono registrare l’attività neurale solo da una o due posizioni. Ora i ricercatori hanno dimostrato sui topi che una rete di minuscoli “neurogranuli” può essere utilizzata per registrare e stimolare in modalità wireless i neuroni in più posizioni.
I ricercatori hanno sperimentato per decenni interfacce cervello-computer (BCI) in grado di registrare e stimolare gruppi di neuroni. Negli ultimi anni, tuttavia, c’è stato un crescente interesse nell’usarli per curare malattie come l’epilessia, il Parkinson o vari disturbi psichiatrici.
Alcuni pensano che potrebbero presto essere impiantati anche in persone sane, per aiutarle a monitorare la funzione cerebrale e persino a potenziarla. L’anno scorso, Elon Musk ha affermato che gli impianti cerebrali costruiti dalla sua startup Neuralink un giorno saranno come “un Fitbit nel cranio”. Prima, però, aggiungo io, dovranno diventare molto più precisi e molto meno invadenti.
Grandi progressi
Una nuova ricerca condotta da un team della Brown University ha fatto passi da gigante su quest’ultimo problema sviluppando minuscoli impianti che misurano meno di 0,1 millimetri cubi . Gli impianti possono sia registrare che stimolare l’attività neurale. Questi “neurogranuli” possono essere combinati per creare una rete di impianti controllabili e alimentabili in modalità wireless.
“Una delle grandi sfide nel campo delle interfacce cervello-computer è la ricerca dei modi per sondare il maggior numero possibile di punti nel cervello”, dice in un comunicato stampa Arto Nurmikko, che ha guidato la ricerca . “Finora, la maggior parte dei BCI sono stati dispositivi monolitici, un po’ come piccoli tappeti di aghi. L’idea del nostro team è quella di suddividere quel monolite in minuscoli sensori che possano essere distribuiti attraverso la corteccia cerebrale”.
Come funziona il nuovo approccio
Ciascuno dei minuscoli chip è dotato di elettrodi per raccogliere segnali elettrici dal tessuto cerebrale, circuiti per amplificare il segnale e una minuscola bobina di filo che invia e riceve segnali wireless. I chip sono attaccati alla superficie del cervello e una sottile bobina di relè che aiuta a migliorare il trasferimento di energia wireless ai neurograni è posta sull’area in cui sono posizionati.
Un cerotto sottile contenente un’altra bobina viene quindi attaccato all’esterno del cuoio capelluto sopra la bobina del relè. Funziona come una mini torre per cellulari, utilizzando un protocollo di rete appositamente progettato per connettersi individualmente a ciascuno dei neurogranuli. Trasmette anche energia wireless ai neurogranuli per farli funzionare.
Lo studio sull’attività neurale
In un articolo su Nature Electronics, il team ha dimostrato di poter impiantare 48 dei minuscoli chip nel cervello di un topo. Li ha poi utilizzati per registrare e stimolare l’attività neurale. Sebbene alla fine entrambe le capacità saranno integrate in un unico dispositivo, ai fini dello studio alcuni neurogranuli sono stati progettati per registrare mentre altri sono stati costruiti per stimolare.
I ricercatori affermano che la fedeltà delle registrazioni ha margini di miglioramento, ma sono stati in grado di raccogliere segnali cerebrali spontanei e rilevare quando il cervello è stato stimolato utilizzando un impianto convenzionale. Hanno anche dimostrato di poter dirigere un singolo neurogranulo per stimolare l’attività neurale, che sono stati in grado di rilevare con dispositivi di registrazione convenzionali.
Il team afferma che la loro configurazione attuale potrebbe supportare fino a 770 neurogranuli, ma prevedono di scalare il sistema fino a migliaia di neurogranuli. Sarà possibile con una ulteriore miniaturizzazione. Il design del chip dovrebbe passare dal processo di fabbricazione a 65 nanometri che attualmente utilizza a uno a 22 nanometri.
