Le interfacce cervello-computer promettono meraviglie, ma devono prima superare un ostacolo molto terreno: troppi dati, poca banda e il rischio di scaldare il cervello. Un gruppo europeo ha trovato una strada sorprendente, facendo viaggiare le informazioni attraverso i tessuti del corpo invece che via radio e trasmettendo solo quando i neuroni si attivano — e alla fine puoi scoprire se anche tu hai la testa giusta per la neurotecnologia.
Le interfacce cervello-computer sembrano uscite da un film di fantascienza, eppure il loro ostacolo più grande non ha niente di futuristico: è la fisica di tutti i giorni. Per ascoltare i neuroni, i ricercatori usano sempre più spesso gli array di microelettrodi ad alta densità (MEA), minuscole matrici che registrano l'attività di moltissime cellule nervose nello stesso momento. Sono diventati strumenti fondamentali per la neurotecnologia, ma hanno un difetto: producono una quantità di dati enorme.
Secondo l'articolo di CORDIS, in un sistema con 1 000 canali il flusso può superare i 300 Mbps. Trasmettere tutto questo senza fili, da un impianto miniaturizzato nascosto sotto il cranio, è una delle sfide più ostinate del settore. Il progetto europeo IoN (Intranet of Neurons), coordinato dal centro di ricerca imec, ha provato a risolverla con un approccio decisamente originale.
Chi progetta un dispositivo da inserire nella testa di una persona deve fare i conti con limiti molto concreti. I principali sono tre, e si influenzano a vicenda:
A tutto questo si aggiungono le dimensioni: l'elettronica deve restare minuscola. Migliorare uno solo di questi aspetti spesso significa peggiorarne un altro, ed è proprio qui che entra in gioco l'idea del gruppo di IoN.
Il consorzio ha sviluppato un'architettura wireless a due stadi basata sulla cosiddetta BCC, la Body Channel Communication. Invece di affidarsi alle onde radio, il collegamento sfrutta il corpo stesso: nella descrizione dell'articolo, utilizza «i tessuti stessi del corpo come conduttore per trasmettere dati senza ricorrere alle onde radio».
In pratica, la matrice di elettrodi resta libera sotto la dura madre, la membrana che avvolge il cervello, e i dati attraversano questa barriera fino a un ricevitore ancorato in un piccolo foro nel cranio.
Eliminando i collegamenti fisici tra il MEA e il modulo di telemetria, si riducono i danni ai tessuti causati dai micromovimenti, la formazione di cicatrici e il progressivo peggioramento del segnale nel tempo. È una soluzione minimamente invasiva, pensata per durare.
Il sistema è stato provato su teste di cadaveri umani, con il supporto dell'Erasmus Medical Centre. I risultati sono notevoli: il collegamento ha raggiunto velocità di trasmissione fino a 500 Mbps.
Non solo. Il sistema ha registrato meno di un errore ogni 100 000 bit trasmessi, lavorando appena il 20% del tempo per risparmiare energia. Per un impianto che deve convivere con limiti severi di consumo e di calore, un ciclo di lavoro così ridotto fa una bella differenza.
La trovata forse più elegante del progetto riguarda la compressione dei dati. Il chip integra un sistema intelligente che, come lo descrive l'articolo, funziona come un sensore di movimento per il cervello: «Trasmette dati solo quando i neuroni sono attivi; in caso contrario, rimane in silenzio».
Il principio è semplice: se i neuroni tacciono, non c'è motivo di spedire nulla. Grazie a questa selezione il volume dei dati si riduce di oltre 10 volte, il consumo energetico cala in modo netto e la banda necessaria diventa molto più contenuta. I potenziali d'azione, cioè i picchi di attività dei neuroni, vengono comunque registrati con elevata fedeltà.
Un impianto che invia dati attraverso i tessuti solleva una domanda ovvia: il segnale usato per comunicare potrebbe disturbare il cervello? Per verificarlo, il gruppo ha condotto test su modelli di cervello su chip. Esito: il sistema non induce attività cerebrale indesiderata. È un passaggio essenziale per pensare a un utilizzo a lungo termine nei pazienti.
IoN non promette cure dall'oggi al domani. Il suo contributo è più di base, ma proprio per questo importante: dimostra che è possibile far uscire dal cervello grandi quantità di dati neurali senza fili, in modo rapido, affidabile e con poco calore. È il tipo di tecnologia su cui potranno poggiare le future interfacce cervello-computer, che secondo l'articolo potrebbero un giorno aiutare le persone con patologie neurologiche a recuperare funzioni motorie, sensoriali e cognitive.
La storia di questo chip mostra anche quanto la neurotecnologia sia un lavoro di squadra. Servono medicina, neuroscienze, elettronica e informatica. Per chi studia ingegneria biomedica, elettronica o neuroinformatica, è un campo in cui le diverse discipline si incontrano davvero.
Il progetto europeo IoN, coordinato da imec, ha affrontato il problema principale degli impianti cerebrali ad alta densità: troppi dati, poca banda, troppo calore. La soluzione combina una trasmissione attraverso i tessuti del corpo, al posto delle onde radio, con una compressione intelligente che invia dati solo quando i neuroni sono attivi. Nei test il sistema ha raggiunto 500 Mbps con meno di un errore ogni 100 000 bit, ha ridotto i dati di oltre 10 volte e non ha provocato attività cerebrale indesiderata.
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