Lesioni al midollo spinale, microstimolazioni cerebrali e un arto bionico restituiscono il senso del tatto

Restituire il senso del tatto ha chi lo ha completamente perduto a causa di lesioni irreversibili del midollo spinale: è questo l’obiettivo a cui stanno lavorando i ricercatori del Cortical Bionics Research Group con sede negli Stati Uniti. Obiettivo che pare essere ad un passo dal trasformarsi in realtà. Come? Attraverso una stimolazione cerebrale applicata contemporaneamente all’utilizzo di un arto bionico extracorporeo collegato ad una sedia o ad una sedia a rotelle. I dettagli della sperimentazione sono tutti illustrati in uno studio pubblicato su Science.

Così si percepiscono bordi tattili, forme e movimenti

I ricercatori statunitensi hanno scoperto un metodo unico per codificare le sensazioni tattili naturali della mano tramite specifici modelli di microstimolazione in elettrodi impiantabili nel cervello. Questo sistema consente alle persone con lesioni al midollo spinale non solo di controllare un braccio bionico con il cervello, ma anche di sentire bordi tattili, forme, e movimenti, che fino ad ora non erano possibili. “In questo lavoro la ricerca è andata oltre qualsiasi cosa fatta prima nel campo delle interfacce cervello-computer (Bci) – afferma Giacomo Valle, autore principale dello studio, ingegnere italiano esperto di bionica e biorobotica, professore associato in Svezia alla Chalmers University of Technology -. Abbiamo trasmesso sensazioni tattili relative a orientamento, curvatura, movimento e forme 3D a una persona che utilizzava un arto bionico controllato dal cervello. Ora siamo a un altro livello di tocco artificiale”.

Obiettivo dello studio: migliorare l’usabilità di un arto bionico extracorporeo

“Pensiamo che questa ricchezza sia fondamentale per raggiungere il livello di destrezza, manipolazione e un’esperienza tattile altamente dimensionale tipica della mano umana – continua Valle -. Il senso del tatto è cruciale: crea indipendenza nella nostra vita quotidiana. Per le persone che vivono con una lesione al midollo spinale, i segnali elettrici che provengono dalla mano al cervello e che dovrebbero consentire a un individuo di provare sensazioni tattili, vengono bloccati dalla lesione e il senso del tatto viene perso. Un arto bionico controllato dai segnali cerebrali dell’utente può restituire una certa funzionalità e indipendenza a qualcuno con una mano paralizzata, ma senza il senso del tatto, è molto difficile sollevare, tenere e manipolare oggetti. Prima, una mano bionica non sarebbe stata percepita dall’utente come parte del corpo, poiché non avrebbe fornito alcun feedback sensoriale come una mano biologica”. Per questo, lo studio mirava a migliorare l’usabilità di un arto bionico extracorporeo, montato su una sedia a rotelle o un’attrezzatura simile nelle vicinanze dell’utente.

Il metodo di studio

Per condurre la ricerca, due persone arruolate sono state dotate di impianti cerebrali a lungo termine nelle regioni sensoriali e motorie del cervello che rappresentano il braccio e la mano. Nel corso di diversi anni, i ricercatori hanno potuto così registrare e decodificare tutti i diversi modelli di attività elettrica che si sono verificati nel cervello in relazione all’intenzione motoria del braccio e della mano. È stato possibile poiché l’attività elettrica era ancora presente nel cervello, ma la paralisi impediva il raggiungimento della mano. Decodificare e decifrare i segnali cerebrali con questa tecnologia consente ai partecipanti di controllare direttamente un braccio e una mano bionici con il cervello per interagire con l’ambiente. I partecipanti sono stati in grado di realizzare una serie di esperimenti complessi, che richiedono ricche sensazioni tattili.

Verso compiti sempre più complessi e precisi

I ricercatori hanno digitato stimolazioni specifiche direttamente nel loro cervello tramite gli impianti. “Abbiamo trovato un modo per digitare questi ‘messaggi tattili’ tramite microstimolazione usando i minuscoli elettrodi nel cervello e abbiamo trovato un modo unico per codificare sensazioni complesse. Ciò ha permesso un feedback sensoriale e un’esperienza più vividi durante l’uso di una mano bionica”, afferma Valle. I partecipanti potevano sentire fino alla direzione del movimento lungo la punta delle dita. Utilizzando la Brain Computer Interface, i ricercatori hanno potuto decodificare l’intenzione di movimento dal loro cervello per controllare un braccio bionico, dotato di sensori. Quando un oggetto entra in contatto con questi sensori, la stimolazione viene inviata al cervello e la persona avverte la sensazione come se fosse nella sua mano. Significa che i partecipanti potrebbero potenzialmente completare compiti complessi con un braccio bionico con una precisione maggiore di quanto possibile in precedenza, come raccogliere un oggetto e spostarlo. Ma per gli scienziati la strada da percorrere è ancora lunga: “Per catturare tutte le caratteristiche del tocco complesso che i ricercatori sono ora in grado di codificare e trasmettere all’utente – spiegano gli autori – saranno necessari sensori più complessi e tecnologia robotica (ad esempio pelle protesica). E anche la tecnologia impiantabile utilizzata per stimolare richiederebbe uno sviluppo per aumentare il repertorio di sensazioni”, concludono.

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