Ricerche

In un nuovo studio pubblicato su Nature Electronics, degli scienziati hanno creato un'interfaccia cervello-computer (BCI, brain-computer interface) che consente la registrazione e la stimolazione neurale usando una rete senza fili composta di microchip chiamati 'neurograin'.

Le interfacce cervello-computer, chiamate anche interfacce macchina-cervello, sono sistemi che consentono l'invio e la ricezione di segnali tra il cervello e un dispositivo esterno. Le BCI possono consentire a coloro che non sono in grado di parlare o con disabilità motoria di controllare oggetti esterni e comunicare. Per chi ha lesioni cerebrali o malattie e disturbi del sistema nervoso, le BCI possono essere una tecnologia di trasformazione della vita.

Il settore delle BCI è un mercato emergente che dovrebbe raggiungere i 3,7 miliardi di dollari di ricavi e crescere ad un tasso composto annuale del 15,5% dal 2020 al 2027, secondo un rapporto Grand View Research pubblicato nel febbraio 2020. Globalmente, la regione con la quota di mercato più grande di BCI nel 2019 era il Nord America, con il 39,7% secondo lo stesso rapporto.

Esempi di aziende nel settore BCI includono la Kernel di Bryan Johnson, la Synchron Inc di Thomas Oxley, la Neuralink di Elon Musk, la Medtronic Inc., la Boston Scientific Corporation, la Abbott Laboratories, la Nevro Corporation, la Livanova PLC e la Neuro Device Innovations Medical.

I fattori che guidano la domanda prevista includono l'aumento atteso delle malattie e dei disturbi neurodegenerativi, nonché una popolazione geriatrica crescente. Secondo le proiezioni globali di Alzheimer’s Disease International (ADI), ci saranno 115 milioni di persone con demenza entro il 2050.

"Qui riferiamo di microchip elettronici in rete e alimentati che possono eseguire autonomamente il rilevamento neurale e la microstimolazione elettrica", hanno scritto i ricercatori affiliati alla Brown University, alla Baylor University, all'Università della California di San Diego, all'Università Nazionale di Seoul e alla Qualcomm.

Gli attuali sensori e stimolatori neurali elettrofisiologici multicanale sono matrici di microelettrodi che sono dispositivi monolitici inflessibili. Quando si tratta di posizionare l'elettrodo, le attuali BCI sono inflessibili, ed è difficile aumentare il numero di nodi.

"I microchip, che abbiamo chiamato neurograin, hanno un collegamento transcutaneo elettromagnetico a ~1 GHz verso un centro telecomunicativo esterno, fornendo comunicazione e controllo bidirezionale a livello individuale del dispositivo", hanno scritto gli autori.

I ricercatori hanno posto i neurograin, ciascuno circa delle dimensioni di un granello di sale, sulla corteccia di un roditore per registrare il segnale epicorticale. I microchip neurograin sono ottimizzati per funzionare a bassa potenza: ogni chip usa meno di 30 microwatt.

"Oltre alla loro capacità unica di collegarsi in rete senza fili, i chip miniaturizzati raggiungono capacità di registrazione e stimolazione paragonabili ad altri microimpianti", hanno scritto i ricercatori.

Lavorando insieme, una configurazione di collegamenti di 48 neurograin ha rilevato 1.697 pacchetti di dati in 3,3 secondi. In più, i ricercatori hanno dato la prova-di-concetto che i 48 neurograin potrebbero essere indirizzati singolarmente sulla superficie corticale del roditore per registrare l'attività neurale. Secondo gli scienziati, il loro sistema è altamente scalabile e può essere aumentato fino a contenere 16 volte più neurograin.

"Calcoli teorici e misurazioni sperimentali mostrano che la configurazione del collegamento potrebbe potenzialmente essere aumentata a 770 neurograin usando un protocollo di accesso multiplo a tempo suddiviso personalizzato", hanno riferito i ricercatori.