Maggio 20, 2022

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Le interfacce Brain-Machine sono attualmente un’area di ricerca molto attiva. In effetti, controllare i dispositivi elettronici con il pensiero si è rivelata una sfida enorme, sia in campo medico – soprattutto per paraplegici o tetraplegici – sia nel consumo di massa o militare. Come ha raggiunto questa impresa anche quando l’idea sembra un concetto immateriale?

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Il cervello: un trasmettitore di onde elettromagnetiche

Il nostro corpo è una macchina meravigliosa, il frutto di milioni di anni di evoluzione. Il suo processo, molto complesso, si basa in modo molto sorprendente su un insieme autoregolante di reazioni chimiche. Né il cervello sfugge a questa osservazione: la sua attività durante il giorno e durante la notte comporta reazioni chimiche ed emette onde elettromagnetiche chiamate onde cerebrali, che possono essere registrate utilizzando sistemi elettronici con elettrodi tradizionalmente posti sul cuoio capelluto.

Queste onde hanno proprietà diverse, come forma e frequenza, a seconda della natura dell’attività cerebrale, ad esempio concentrarsi sulla risoluzione di un problema difficile, rilassarsi con gli occhi chiusi o anche durante fasi successive del sonno.

© Wikipedia

Descrizione di alcuni tipi di onde cerebrali

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Neuroni, sorgenti di impulsi nervosi

Il cervello si riferisce generalmente al cervello, che è un organo protetto dalla scatola cranica e da un gruppo di tre membrane, la dura madre, l’aracnoide e la pia madre, indicate con il termine “meningi”.

Il cervello è composto principalmente da due tipi di cellule, neuroni e cellule gliali. Le informazioni sono prodotte dai neuroni che consistono nel corpo, il soma e una parte molto allungata chiamata “assone”. L’estremità dell’assone si dirama e ogni ramo può comunicare con altri neuroni. Lo spazio microscopico tra l’estremità di un assone e il soma di un altro neurone viene chiamato “sinapsi”.

Quando un neurone entra in azione, produce molecole che agiscono come messaggeri chimici, vale a dire neurotrasmettitori. Questi neurotrasmettitori vengono rilasciati nella sinapsi e, a seconda della natura dell’informazione, si legano a specifici recettori situati nel soma del neurone bersaglio. Il gruppo chemocettore/trasmettitore apre canali ionici e, a seconda delle informazioni trasmesse, cationi come lo ione calcio Ca2+Na di sodio+ e potassio come+ o anioni come lo ione cloruro ClPuò entrare nei neuroni.

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All’interno di un neurone, il potenziale elettrico iniziale, chiamato “riposo”, è di -60 millivolt. L’arrivo di ioni modifica questo valore. Quando gli ioni in arrivo sono cationi, la tensione aumenta e si dice che i neuroni sono “depolarizzati”. Al contrario, quando gli ioni in arrivo sono anioni, la tensione diminuisce e il neurone diventa “iperpolarizzato”.

In quest’ultimo caso, il potenziale torna rapidamente al suo valore iniziale attraverso la graduale evacuazione degli ioni in eccesso. Nel caso di depolarizzazione, invece, se il numero di cationi è sufficiente, il potenziale interno raggiunge un valore di soglia di -40 mV, il che porta alla comparsa nel soma di un nuovo potenziale detto “potenziale d’azione”. È questo potenziale d’azione che si propaga senza attenuazione lungo l’assone verso altri neuroni.

Questo spostamento di natura elettrica che si propaga da neurone a neurone e trasporta informazioni è chiamato “impulsi neurali”. Un impulso nervoso è un fenomeno elettrico, ma differisce dalla natura dell’elettricità nei fili di rame. Infatti le velocità di riproduzione sono diverse, la velocità dell’elettricità è di circa un milione di volte. Questa bassa velocità è spiegata dai lenti scambi di ioni tra l’assone e il mezzo esterno.

Cervello: registrazione dell’attività cerebrale

Gli impulsi nervosi vengono trasmessi anche ai neuroni piramidali situati appena sotto la superficie delle meningi, e quindi vicino al cranio e al cuoio capelluto. Questi neuroni sono sede di continue variazioni del numero di cationi e anioni, e quindi di cariche positive e negative distribuite in siti separati. Questa separazione geografica delle cariche elettriche attribuisce ai neuroni piramidali lo stato del dipolo elettrico e la variazione costante delle cariche elettriche fa oscillare questo dipolo che, come l’antenna, emette onde elettromagnetiche. Queste onde attraversano fluidi, solidi, nonché le ossa del cranio e raggiungono il livello del cuoio capelluto con componenti parassitarie dette “rumore”.

Un sistema di registrazione basato su elettrodi cattura queste onde di bassa ampiezza e contemporaneamente le emette da un gran numero di neuroni, solitamente a livello del cuoio capelluto, ma sembra che segnali di uguale qualità possano essere catturati anche all’interno dell’orecchio, nell’udito canale. Quest’ultima modalità di registrazione richiede apparecchiature più complesse, ovvero nano-elettrodi realizzati con un materiale specifico che vengono inseriti in un dispositivo la cui forma aumenta la superficie di contatto tra la pelle dell’orecchio e questi elettrodi. dal canale uditivo.

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Elaborazione del segnale cerebrale mediante intelligenza artificiale

Pertanto, la registrazione delle onde cerebrali include il segnale emesso dai neuroni nel cervello, nonché i componenti indesiderati. È quindi necessario “ripulire” il segnale iniziale per estrarre le informazioni già fornite dai neuroni tramite software.

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Il processo successivo consiste nell’associare il segnale ottenuto a un preciso processo cognitivo associato a un movimento corporeo, come posizionare un dito sull’icona del pulsante di accensione/spegnimento su un touch screen. Il cervello infatti non fa differenza tra il movimento reale e il pensiero costituito da quel movimento ed emette onde simili in entrambi i casi.

Una volta che il segnale registrato è stato associato con successo allo specifico processo cognitivo, il software invia ad esempio via Bluetooth l’opportuna disposizione del dispositivo elettronico. L’uso dell’IA è adatto a questa elaborazione personalizzata perché i segnali raccolti sono molto rumorosi da un lato e variano poco tra gli individui dall’altro.

Qual è l’innovazione di avvio di Wisear?

Questa startup ha progettato un sistema in-ear unico con un volume minimo che registra le onde cerebrali e invia i segnali combinati all’intelligenza artificiale. Quest’ultimo svolge il ruolo di intermediario tra dispositivo umano ed elettronico decodificando pensieri e inviando comandi al dispositivo.

L’innovazione di questa startup è principalmente rivolta al consumo di massa. Tuttavia, la sinergia tra questa innovazione e quella dei neurochirurghi micro-robotici di Robeauté, ad esempio, potrebbe in futuro evitare l’impianto invasivo di una fetta nel cervello ristabilendo connessioni artificiali tra neuroni o connessioni biologiche dall’interno del cervello. La parziale perdita di autonomia motoria può quindi essere compensata dalle interfacce neurali che guidano la domotica. Forse Elon Musk, che ha elogiato i vantaggi del suo sistema Neuralink, dovrebbe prendere in considerazione queste soluzioni multidisciplinari morbide e in bundle, e sulla sua strada per evolversi…

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