Braccio robotico
I ricercatori hanno permesso a un uomo paralizzato di controllare un braccio robotico attraverso un dispositivo che trasmette segnali dal suo cervello a un computer
Era in grado di afferrare, spostare e far cadere oggetti semplicemente immaginando di compiere quelle azioni. Il dispositivo, noto come interfaccia cervello-computer (brain-computer interface - BCI), ha funzionato per un record di 7 mesi senza dover essere regolato. Finora, tali dispositivi hanno funzionato solo per un giorno o due. La BCI si basa su un modello di intelligenza artificiale in grado di adattarsi ai piccoli cambiamenti che si verificano nel cervello quando una persona ripete un movimento (o in questo caso, un movimento immaginato) e impara a eseguirlo in modo più raffinato.
«Questa fusione di apprendimento tra esseri umani e IA è la fase successiva per queste interfacce cervello-computer», ha affermato il neurologo Karunesh Ganguly (1), MD, PhD, professore di neurologia e membro dell'UCSF Weill Institute for Neurosciences (2). «È ciò di cui abbiamo bisogno per ottenere una funzione sofisticata e realistica».
Lo studio, finanziato dai National Institutes of Health, è stato pubblicato su Cell (3).
La chiave è stata la scoperta di come l'attività si sposta nel cervello giorno dopo giorno, mentre un partecipante allo studio immaginava ripetutamente di fare movimenti specifici. Una volta che l'IA è stata programmata per tenere conto di quei cambiamenti, ha funzionato per mesi alla volta.
Posizione, posizione, posizione
Il dottor Karunesh Ganguly studiò come i pattern di attività cerebrale negli animali rappresentino movimenti specifici e vide che queste rappresentazioni cambiavano di giorno in giorno man mano che l'animale imparava. Sospettò che la stessa cosa stesse accadendo negli esseri umani, ed era per questo che le loro BCI perdevano così rapidamente la capacità di riconoscere questi pattern.
Ganguly e il ricercatore di neurologia Nikhilesh Natraj (4), PhD, hanno lavorato con un partecipante allo studio che era rimasto paralizzato da un ictus anni prima. Non riusciva a parlare o muoversi.
Gli erano stati impiantati sulla superficie del cervello dei piccoli sensori in grado di captare l'attività cerebrale quando immaginava di muoversi.
Per verificare se i suoi schemi cerebrali cambiavano nel tempo, Ganguly chiese al partecipante di immaginare di muovere diverse parti del suo corpo, come mani, piedi o testa.
Sebbene non potesse effettivamente muoversi, il cervello del partecipante riusciva comunque a produrre i segnali per un movimento quando immaginava di farlo. Il BCI registrava le rappresentazioni cerebrali di questi movimenti attraverso i sensori sul suo cervello.
Il team di Ganguly ha scoperto che la forma delle rappresentazioni nel cervello rimaneva la stessa, ma la loro posizione cambiava leggermente di giorno in giorno.
Dal virtuale alla realtà
Il dottor Karunesh Ganguly ha poi chiesto al partecipante di immaginare di compiere semplici movimenti con le dita, le mani o i pollici per due settimane, mentre i sensori registravano l'attività cerebrale per addestrare l'intelligenza artificiale.
Poi, il partecipante ha provato a controllare un braccio e una mano robotici, ma i movimenti non erano ancora molto precisi.
Quindi, Ganguly ha fatto fare pratica al partecipante su un braccio robotico virtuale che gli ha fornito un feedback sulla precisione delle sue visualizzazioni. Alla fine, è riuscito a far fare al braccio virtuale ciò che voleva.
Una volta che il partecipante ha iniziato a esercitarsi con il vero braccio robotico, gli sono bastate poche sessioni di pratica per riuscire a trasferire le sue competenze nel mondo reale.
Poteva far sì che il braccio robotico raccogliesse i blocchi, li girasse e li spostasse in nuove posizioni. Era persino in grado di aprire un mobile, prendere una tazza e tenerla in alto verso un distributore d'acqua.
Mesi dopo, il partecipante era ancora in grado di controllare il braccio robotico dopo una “messa a punto” di 15 minuti per correggere il modo in cui le sue rappresentazioni del movimento si erano spostate da quando aveva iniziato a utilizzare il dispositivo.
Ganguly sta ora perfezionando i modelli di intelligenza artificiale per far sì che il braccio robotico si muova in modo più rapido e fluido e sta pianificando di testare la BCI in un ambiente domestico.
Per le persone paralizzate, la capacità di nutrirsi o bere un bicchiere d'acqua cambierebbe la vita.
Ganguly pensa che sia alla sua portata. «Sono molto convinto che ora abbiamo imparato a costruire il sistema e che possiamo farlo funzionare», ha concluso.
Altri autori di questo studio sono Sarah Seko, Adelyn Tu-Chan dell'UCSF e Reza Abiri dell'Università del Rhode Island. Questo lavoro è stato sostenuto dai National Institutes of Health (1 DP2 HD087955) e dall'UCSF Weill Institute for Neurosciences.
Riferimenti:
(1) Karunesh Ganguly
(2) UCSF Weill Institute for Neurosciences
(4) Nikhilesh Natraj
Descrizione foto: L'intelligenza artificiale di recente sviluppo può spiegare il modo in cui il cervello cambia mentre apprendiamo, consentendo a una persona con la paralisi di spostare gli oggetti. - Credit: Noah Berger.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: How a Paralyzed Man Moved a Robotic Arm with His Thoughts
