Alcune persone sono intrappolate nelle loro menti, in grado di pensare e sentire ma incapaci di esprimersi perché lesioni cerebrali o malattie hanno danneggiato le loro linee di comunicazione con il mondo esterno.
Per aiutare chi si trova in queste situazioni, gli scienziati della Washington University School of Medicine di St. Louis hanno dimostrato di poter usare la luce per rilevare cosa sta succedendo nella testa di qualcuno. I ricercatori utilizzano la luce LED irradiata dall’esterno della testa verso l’interno per rilevare l’attività nell’area del cervello responsabile dell’elaborazione visiva, quindi decodificano i segnali cerebrali per determinare ciò che la persona vede.
Il raggiungimento di questa impresa ha richiesto lo sviluppo di strumenti di neuroimaging e tecniche di analisi che spostano il campo un passo avanti verso la risoluzione del problema molto più complesso della decodifica del linguaggio.
Lo studio sui segnali cerebrali
La ricerca, disponibile online sulla rivista NeuroImage, dimostra le potenzialità della tomografia ottica diffusa ad alta densità (HD-DOT). Una tecnologia di imaging cerebrale non invasiva, indossabile e basata sulla luce, abbastanza sensibile e precisa da essere potenzialmente utile in applicazioni come questa.
“La risonanza magnetica potrebbe essere utilizzata per la decodifica dei segnali cerebrali, ma richiede uno scanner e non ci si può aspettare che qualcuno vada a pensare in uno scanner ogni volta che vuole comunicare”, dice l’autore senior Joseph P. Culver, Professore in Radiologia nella Washington University.
Con questo metodo ottico, gli utenti sarebbero in grado di sedersi su una sedia, indossare un berretto e utilizzare questa tecnologia per comunicare con le persone. Non ci siamo ancora del tutto, ma stiamo facendo progressi. Quello che abbiamo mostrato in questo articolo è che, utilizzando la tomografia ottica, possiamo decodificare alcuni segnali cerebrali con una precisione superiore al 90%, il che è molto promettente.
Joseph P. Culver
Come funziona la tecnologia per la decodifica dei segnali cerebrali
Quando l’attività neuronale aumenta in qualsiasi regione del cervello, il sangue ossigenato si precipita per alimentare l’attività. HD-DOT utilizza la luce per rilevare questo afflusso di sangue. I partecipanti indossano un berretto dotato di dozzine di fibre che trasmettono la luce da minuscoli LED alla testa. Dopo che la luce è stata trasmessa attraverso la testa, i rilevatori catturano i cambiamenti dinamici nei colori del tessuto cerebrale come risultato dei cambiamenti nel flusso sanguigno.
Culver, primo autore, un suo studente Kalyan Tripathy e colleghi hanno deciso di valutare il potenziale di HD-DOT per la decodifica dei segnali cerebrali. Hanno iniziato con il sistema visivo perché è una delle funzioni cerebrali meglio comprese.
Come è stata perfezionata la lettura dei segnali cerebrali?
Fase 1
I ricercatori hanno iniziato in modo semplice. Hanno reclutato cinque partecipanti per più sessioni da cinque a dieci minuti in cui ai partecipanti è stato mostrato uno schema a scacchiera sul lato sinistro o destro del campo visivo per alcuni secondi alla volta, intervallati da pause durante le quali non c’era immagine.
I ricercatori sono stati in grado di identificare la posizione corretta della scacchiera (sinistra, destra o non visibile affatto) con una precisione dal 75% al 98%.
Fase 2
Dopo il primo “allenamento” i ricercatori hanno reso il problema più complesso. Hanno mostrato ai partecipanti un cuneo a scacchiera che ruotava di 10 gradi al secondo. Tre partecipanti si sono seduti per sei turni di sette minuti in due giorni separati. Utilizzando lo stesso modello e la stessa strategia di esecuzione del test, i ricercatori sono stati in grado di individuare la posizione del cuneo entro 26 gradi.
Suona complicato? Vedete se ci capite di più con questo video:
I risultati sono un primo passo verso l’obiettivo finale di facilitare la comunicazione per le persone che lottano per esprimersi a causa di paralisi cerebrale, ictus o altre condizioni simili.
E ora?
“Sembra un enorme salto passare dalle scacchiere a capire quali parole qualcuno sta verbalizzando internamente a se stesso,” dice Culver. “Ma molti dei principi sono gli stessi. L’obiettivo è aiutare le persone a comunicare e ciò che abbiamo imparato decodificando questi segnali cerebrali è un solido passo avanti verso questo obiettivo”.
