Abstract
Il progetto si colloca all’interno del tema: Human brain and neuroscience computing. La nuova sfida che unisce le neuroscienze alla robotica riguarda la connessione del nostro cervello ad una protesi in grado di muoversi come un arto naturale (Lebedev, M. A.; Nicolelis, M. A., Physiol Rev 2017, 97 (2), 767-837). Questo è possibile solo se si riesce a sviluppare un tipo di tecnologia detta interfacce cervello-macchina (Brain-machine interfaces, BMI), che utilizza i segnali neurali per fare muovere delle protesi (che sono quindi dette protesi neurali). Se riuscissimo a vincere questa sfida, cambierebbe radicalmente il modo in cui interagiamo con il nostro ambiente: non solo interagiremmo usando i normali comandi motori diretti ai nostri arti (con i loro limiti intrinseci di velocità e forza), ma direttamente con le nostre attività cerebrali e i nostri pensieri utilizzando le protesi neurali. Recentemente, questo campo di ricerca all'interfaccia tra neuroscienze, scienze informatiche e robotica ha attirato l'attenzione di diverse iniziative industriali (ad esempio Neuralink di Elon Musk- https://www.neuralink.com/; e Cortera Neurotechnologies- http://corteraneuro.com/). Sebbene l'applicazione di queste BMI nella popolazione sembrerebbe ancora appartenere alla fantascienza, esiste un dominio di frontiera molto più tangibile e realistico, in cui la necessità di avanzare nelle neuroscienze, nell'informatica e nella robotica è estremamente alto: l’ambito dei pazienti con lesioni del sistema nervoso centrale e, in una fase successiva, con amputazione di arto superiore. Questi pazienti hanno perso la capacità di interagire con il loro ambiente e, al momento, la medicina non può offrire alcuna cura per le loro condizioni devastanti. Incredibilmente, pero’ il cervello e’ in grado di concepire programmi motori perfettamente adeguati a risolvere gli innumerevoli problemi quotidiani che queste persone incontrano. Le BMI potrebbero rappresentare un modo per ripristinare la manipolazione in pazienti con danni permanenti al midollo spinale o con lesioni periferiche, come la malattia del motoneurone. Tuttavia, al momento non disponiamo di questa tecnologia e neppure di alcune conoscenze neurofisiologiche necessarie per raggiungerla. Recentemente, il gruppo di ricerca della Prof.ssa Patrizia Fattori all’Università di Bologna ha posto le basi per l’utilizzo di segnali neurali della corteccia cerebrale del primate non umano per la guida di BMI. Infatti, i segnali neurali della corteccia parietale della scimmia sono in grado di predire correttamente quale tipo di movimento di prensione l’animale effettuerà (Filippini et al 2017 J Neurosci) e in che direzione e a che profondità il braccio dell’animale si dirigerà (Filippini et al 2018 Cell Reports). Questi risultati hanno ottenuto molta risonanza nei media (si vedano diversi press releases: Press release: https://www.sfn.org/Press-Room/News-Release[1]Archives/2017/JNeurosci-Highlights-From-the-April-19-Issue Press release: http://bologna.repubblica.it/cronaca/2017/05/03/news/braccia_robot_ch e_si_muovono_col_pensiero_primo_passo_grazie_a_studio_dell_ateneo_di_ bologna-164511670/ Press release: http://www.bolognatoday.it/cronaca/braccio-robot-pensiero-scopertaunibo.html). Il campo delle BMI intracorticali è stato sviluppato in modelli animali (ratti e scimmie) e umani (e.g. lo studio BrainGate della Brown University, USA), concentrandosi quasi interamente sul sistema motorio. Con il presente progetto, noi proponiamo un approccio alternativo e innovativo: registrare e decodificare l'attività neurale di natura visuomotoria e trasformare queste informazioni in comandi di computer in grado di guidare un braccio robotico. Questa BMI avrebbe enormi vantaggi rispetto ai sistemi esistenti. Nella maggior parte dei pazienti con lesioni al midollo spinale, la corteccia associativa parietale è intatta e riceve input normali, mentre la corteccia m
Dettagli del progetto
Responsabile scientifico: Patrizia Fattori
Strutture Unibo coinvolte:
Dipartimento di Scienze Biomediche e Neuromotorie
Coordinatore:
ALMA MATER STUDIORUM - Università di Bologna(Italy)
Partner:
E.M.S. Srl
(Italy)
Contributo totale di progetto: Euro (EUR) 86.743,44
Durata del progetto in mesi: 36
