La tecnologia di rilevamento del cervello consente di digitare a 12 parole al minuto

Non ci vuole un numero infinito di scimmie per scrivere un passo di Shakespeare. Invece, ci vuole una singola scimmia dotata di tecnologia di rilevamento del cervello e un cheat sheet.

Quella tecnologia, sviluppata dagli scienziati della Stanford Bio-X Krishna Shenoy, professore di ingegneria elettrica a Stanford, e borsista post-dottorato Paul Nuyujukian, legge direttamente i segnali del cervello per guidare un cursore che si sposta su una tastiera. In un esperimento condotto con le scimmie, gli animali sono stati in grado di trascrivere passaggi del New York Times e di Amleto a una velocità massima di 12 parole al minuto.

Le versioni precedenti della tecnologia sono già state testate con successo in persone con paralisi, ma la digitazione era lenta e imprecisa. Quest’ultimo lavoro mette alla prova i miglioramenti alla velocità e alla precisione della tecnologia che interpreta i segnali del cervello e guida il cursore.

“I nostri risultati dimostrano che questa interfaccia può avere grandi promesse per l’uso nelle persone”, ha affermato Nuyujukian, che entrerà a far parte della facoltà di Stanford come assistente professore di bioingegneria nel 2017. “Consente una velocità di digitazione sufficiente per una conversazione significativa”.

Sfide di comunicazione

Altri approcci per aiutare le persone con disturbi del movimento implicano il monitoraggio dei movimenti oculari o, come nel caso di Stephen Hawking, il monitoraggio dei movimenti dei singoli muscoli del viso. Tuttavia, questi hanno dei limiti e possono richiedere un grado di controllo muscolare che potrebbe essere difficile per alcune persone. Ad esempio, Stephen Hawking non è stato in grado di utilizzare il software di tracciamento oculare a causa delle palpebre cadenti e altre persone trovano stancante la tecnologia di tracciamento oculare.

La lettura diretta dei segnali cerebrali potrebbe superare alcune di queste sfide e fornire alle persone un modo per comunicare i propri pensieri ed emozioni.

La tecnologia sviluppata dal team di Stanford prevede un array multi-elettrodo impiantato nel cervello per leggere direttamente i segnali da una regione che normalmente dirige i movimenti della mano e del braccio utilizzati per spostare il mouse di un computer.

Sono gli algoritmi per tradurre quei segnali e fare selezioni di lettere che i membri del team hanno migliorato. Avevano testato singoli componenti della tecnologia aggiornata in precedenti studi sulle scimmie, ma non avevano mai dimostrato i miglioramenti combinati nella velocità e nell’accuratezza della digitazione.

“L’interfaccia che abbiamo testato è esattamente quella che userebbe un essere umano”, ha detto Nuyujukian. “Ciò che non avevamo mai quantificato prima era il tasso di digitazione che poteva essere raggiunto.” Utilizzando questi algoritmi ad alte prestazioni sviluppati da Nuyujukian e dai suoi colleghi, gli animali potrebbero digitare più di tre volte più velocemente rispetto agli approcci precedenti.

Digitare o non digitare

Le scimmie che hanno testato la tecnologia sono state addestrate a digitare lettere corrispondenti a ciò che vedono su uno schermo. Per questo studio, gli animali hanno trascritto passaggi di articoli del New York Times o, in un esempio, Amleto. I risultati, pubblicati il ​​12 settembre nel Atti dell’IEEE, mostrano che la tecnologia consente a una scimmia di digitare solo con i suoi pensieri a una velocità massima di 12 parole al minuto.

Le persone che utilizzano questo sistema probabilmente digiteranno più lentamente, hanno detto i ricercatori, mentre pensano a ciò che vogliono comunicare o a come scrivere le parole. Le persone potrebbero anche trovarsi in ambienti più distratti e in alcuni casi potrebbero avere ulteriori disabilità che rallentano la velocità di comunicazione finale.

“Quello che non possiamo quantificare è il carico cognitivo di capire quali parole stai cercando di dire”, ha detto Nuyujukian.

Nonostante ciò, Nuyujukian ha affermato che anche un tasso inferiore alle 12 parole al minuto raggiunto dalle scimmie sarebbe un progresso significativo per le persone che altrimenti non sarebbero in grado di comunicare in modo efficace o affidabile.

“Capisci anche che non stiamo usando il completamento automatico qui come fa il tuo smartphone dove indovina le tue parole per te”, ha detto Nuyujukian. Alla fine la tecnologia potrebbe essere abbinata ai tipi di tecnologia di completamento delle parole utilizzati da smartphone o tablet per migliorare la velocità di digitazione.

Oltre a dimostrare la tecnologia, questo studio ha dimostrato che il sensore impiantato potrebbe essere stabile per diversi anni. Gli animali avevano gli impianti utilizzati per testare questa e precedenti iterazioni della tecnologia fino a quattro anni prima di questo esperimento, senza perdita di prestazioni o effetti collaterali negli animali.

Shenoy e Nuyujukian fanno parte dell’iniziativa Brain-Machine Interface dello Stanford Neurosciences Institute, che sta lavorando per sviluppare questo e altri metodi di interfacciamento della tecnologia direttamente con il cervello. Il team sta ora conducendo una sperimentazione clinica, in collaborazione con Jaimie Henderson, professore di neurochirurgia, per testare questa ultima interfaccia nelle persone.

Se il gruppo avrà successo, le tecnologie per interpretare direttamente i segnali cerebrali potrebbero creare un nuovo modo per le persone con paralisi di muoversi e comunicare con i propri cari.