Restituire i sensi perduti: una tecnologia per la visione e il tatto artificiali.

I pazienti affetti da patologie incurabili come la perdita della vista o della funzione motoria potrebbero presto beneficiare di una tecnologia in grado di ripristinare i sensi perduti in tempi più brevi.

Ciò è reso possibile dalla scoperta che la tecnologia avanzata di interfaccia cerebrale utilizzata per le protesi tattili e visive è, di fatto, quasi identica, nonostante sia stata sviluppata in modo completamente separato per oltre 50 anni.

La revisione esaustiva in cui è stata fatta per la prima volta questa scoperta è pubblicata su Nature Reviews Bioengineering ed è stata condotta da Giacomo Valle, professore assistente presso l’Università di Tecnologia di Chalmers in Svezia.

Nonostante siano state sviluppate separatamente, le interfacce cervello-computer, o BCI, rappresentano un campo tecnologico emergente utilizzato per ripristinare più di un senso perduto nel corpo, con protesi corticali visive (VCP) per la vista e protesi corticali somatosensoriali (SCP) per il tatto.

Le interfacce cervello-computer (BCI) funzionano impiantando un microelettrodo direttamente nel cervello per consentire una comunicazione diretta tra il cervello e dispositivi esterni (come una telecamera o una mano bionica). Possono aggirare i circuiti danneggiati nel corpo stimolando direttamente una regione specifica del cervello e simulando una sensazione naturale nel paziente.

“Questa tecnologia rappresenta un vero passo avanti per i pazienti affetti da patologie altrimenti incurabili, sia nel campo della perdita della vista che in quello della perdita della funzione motoria (come la paralisi), offrendo loro la possibilità di controllare i movimenti, comunicare o recuperare la sensibilità tattile o la vista, cosa che prima non era possibile”, afferma Valle.

Una tecnologia, due sensi distinti

La vista e il tatto naturali condividono principi neurali e computazionali comuni nel corpo, in base ai quali informazioni complesse provenienti dal mondo esterno (attraverso l’occhio o la pelle/mano) vengono convertite in un segnale elettrico per il cervello.

Entrambi i campi di ricerca sono stati quindi in grado di utilizzare tecnologie simili per replicare artificialmente queste sensazioni, posizionando le interfacce cervello-computer (BCI) in diverse regioni del cervello. Tuttavia, finora nessuno dei due campi ha comunicato con l’altro.

“Normalmente, ci si occupa di tatto artificiale o di visione artificiale. I ricercatori partecipano a diverse conferenze e si confrontano con condizioni e pazienti molto diversi, in diverse aree dell’ospedale. C’è stato uno sviluppo parallelo per entrambi i sensi, ma non ne abbiamo mai parlato a livello globale. Fino ad ora, non l’avevamo considerata una sfida comune”, afferma Valle.

L’ispirazione alla base della recensione

L’articolo di revisione “Ripristino della vista e del tatto con la microstimolazione corticale” confronta per la prima volta protesi visive e sensoriali e discute di come i due campi di ricerca possano trarre reciproco insegnamento.

Il documento esamina il funzionamento della stimolazione elettrica della corteccia cerebrale, i tipi di elettrodi utilizzati, le modalità di creazione di esperienze visive e tattili artificiali, i risultati delle sperimentazioni cliniche finora condotte e le barriere tecniche e cliniche ancora da superare.

“L’idea di unire i due campi di ricerca è nata dall’ultimo articolo a cui ho lavorato . Stavamo andando oltre il semplice ripristino del senso del tatto, passando a sensazioni più complesse. Dovevamo capire come ripristinare il senso di un bordo o del movimento tattile. E attraverso la ricerca, ho scoperto che il campo della visione artificiale stava affrontando la stessa sfida, puntando a una visione artificiale più complessa”, afferma Valle.

Egli sottolinea come in passato la perdita della vista e la paralisi fossero due campi di ricerca molto diversi, con sfide uniche e approcci differenti per trovare soluzioni che permettessero di ripristinarle nell’organismo. Ma con il continuo e rapido sviluppo della tecnologia, questi due campi sono giunti a una convergenza.

“Spero che il nostro articolo apra le porte a una proficua collaborazione tra i due settori e ci avvicini a una tecnologia unica per la visione e il tatto artificiali, a beneficio di entrambe le categorie di pazienti. Il mio sogno per il futuro è che ci sia un reparto in ospedale dove i pazienti possano recarsi per un ‘ripristino dei sensi’ e che la nostra tecnologia unificata sia facilmente accessibile a tutti”.

Abstract

Il ripristino della funzione sensoriale in seguito a lesioni o malattie rappresenta una sfida cruciale nell’ambito della neuroingegneria. Le neuroprotesi sensoriali, in particolare quelle che si rivolgono alle cortecce visiva primaria (V1) e somatosensoriale (S1), promettono di aggirare le vie afferenti danneggiate e di reintrodurre le percezioni sensoriali attraverso la stimolazione corticale diretta. Basandosi sulle conoscenze fondamentali derivanti dalla ricerca sui primati non umani, la microstimolazione epicorticale e intracorticale è stata utilizzata per evocare esperienze visive e tattili artificiali nelle prime sperimentazioni sull’uomo. In questa rassegna, esaminiamo lo stato attuale delle protesi sensoriali corticali, concentrandoci sulle applicazioni visive e somatosensoriali. Confrontiamo le strategie di codifica neurale per il tatto e la vista, discutiamo i requisiti tecnici e clinici della stimolazione corticale e valutiamo i vantaggi qualitativi di questi dispositivi rispetto alle tecnologie assistive convenzionali. Evidenziamo inoltre le direzioni emergenti, tra cui la codifica biomimetica, l’integrazione multisensoriale e i siti di impianto alternativi, che potrebbero migliorare la fedeltà e l’usabilità delle future interfacce. Nel loro insieme, questi sviluppi rappresentano un passo fondamentale verso un ripristino clinicamente valido e ad alta risoluzione della sensazione naturale.

Punti chiave

• La neuroprotesi sensoriale mira a ripristinare la vista e il tatto bypassando le vie nervose danneggiate e stimolando le aree corticali intatte.

• La microstimolazione epicorticale e intracorticale evoca percezioni artificiali come fosfeni e sensazioni tattili tramite l’attivazione corticale diretta.

• Le protesi corticali visive e somatosensoriali hanno mostrato risultati funzionali promettenti negli studi preclinici e nelle prime sperimentazioni sull’uomo.

• Le protesi sensoriali corticali superano gli ausili tradizionali in termini di risoluzione spaziale e realismo sensoriale.

• Comprendere le differenze nella codifica neurale del tatto e della vista è fondamentale per progettare sistemi neuroprotesici efficaci.

• Le prospettive future includono il miglioramento delle interfacce neurali, la tecnologia robotica e il targeting di nuove regioni cerebrali.

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