Cervello e intelligenza artificiale, la scienza traduce i pensieri in parole e restituisce il movimento

Dalle interfacce cervello-computer ai sistemi capaci di ricostruire il linguaggio e aiutare le persone paralizzate a camminare: le neuroscienze stanno aprendo nuove prospettive per la medicina. Restano, però, interrogativi sulla privacy mentale e sull’utilizzo dei dati cerebrali.

Trasformare l’attività del cervello in parole, recuperare parte della capacità di camminare dopo una lesione del midollo spinale o percepire il contatto con un oggetto attraverso una mano robotica. Sono obiettivi che fino a pochi anni fa sembravano appartenere alla fantascienza, ma che oggi sono al centro di importanti ricerche scientifiche. Il progresso nasce dalla collaborazione tra neuroscienze, ingegneria e intelligenza artificiale. Grazie a queste discipline, gli studiosi stanno sviluppando tecnologie in grado di interpretare determinati segnali cerebrali e convertirli in comandi digitali o stimoli destinati al sistema nervoso. Questi dispositivi, conosciuti come interfacce cervello-computer, potrebbero cambiare il futuro della riabilitazione neurologica, offrendo nuove possibilità a chi ha perso la capacità di parlare o muoversi in seguito a una malattia o a un grave incidente. Nel 2023, due ricerche pubblicate sulla rivista scientifica Nature hanno dimostrato i progressi raggiunti nella decodifica del linguaggio attraverso i segnali del cervello. Un gruppo di ricercatori della Stanford University, guidato da Jaimie Henderson, ha sviluppato un sistema progettato per convertire in testo l’attività cerebrale di una donna affetta da sclerosi laterale amiotrofica (SLA), una malattia che compromette progressivamente i neuroni responsabili dei movimenti volontari e può rendere impossibile comunicare attraverso la voce. Nonostante la perdita della capacità di parlare in modo comprensibile, la partecipante riusciva ancora a tentare mentalmente i movimenti necessari per formulare le parole. Gli elettrodi impiantati nel cervello registravano i segnali associati a questi tentativi, mentre un algoritmo di intelligenza artificiale li elaborava per ricostruire il linguaggio. Il sistema ha raggiunto una velocità di circa 62 parole al minuto, utilizzando anche un vocabolario di 125.000 parole. Un risultato significativo per la comunicazione assistita, sebbene la tecnologia presentasse ancora errori di riconoscimento. Nello stesso anno, un altro gruppo di ricerca dell’Università della California a San Francisco, coordinato da Edward Chang, ha presentato un sistema capace di decodificare il linguaggio di una donna con una grave paralisi. La velocità raggiunta era di circa 78 parole al minuto. In questo caso, la tecnologia non si limitava a produrre parole sullo schermo, ma permetteva anche di generare una voce sintetica e animare un avatar digitale, rendendo la comunicazione più espressiva. Questi risultati aprono prospettive importanti per le persone con gravi disabilità motorie, ma è necessario distinguere tra la decodifica di segnali legati al tentativo di parlare e una lettura libera e completa dei pensieri. Le interfacce attuali richiedono procedure specifiche, addestramento e la collaborazione della persona coinvolta. Le ricerche non si fermano alla produzione del linguaggio. Un altro esperimento, condotto nel 2023 all’Università del Texas ad Austin, ha mostrato che alcuni modelli di intelligenza artificiale possono ricostruire il significato generale di contenuti mentali a partire dall’attività cerebrale. Gli scienziati hanno combinato la risonanza magnetica funzionale con modelli computazionali per interpretare le risposte del cervello durante l’ascolto di storie e, in determinate condizioni, durante l’elaborazione mentale di narrazioni. Il risultato non consisteva in una trascrizione esatta, parola per parola. Il sistema riusciva piuttosto a produrre una ricostruzione approssimativa del significato dei contenuti elaborati dalla persona. Anche in questo caso esistevano limiti precisi: il dispositivo richiedeva un addestramento prolungato sul singolo partecipante e la sua collaborazione. Le prestazioni dipendevano dalle condizioni sperimentali e non consentivano di decifrare indistintamente i pensieri di qualsiasi individuo. La ricerca dimostra quindi che alcuni aspetti dell’attività mentale possono essere interpretati attraverso strumenti avanzati, ma non significa che la scienza sia arrivata a una lettura universale e incontrollata della mente umana. Un’altra frontiera riguarda il recupero delle funzioni motorie. Nel 2023, un gruppo di ricercatori svizzeri coordinato da Grégoire Courtine e Jocelyne Bloch ha descritto su Nature una tecnologia che ha permesso a un uomo con una grave lesione del midollo spinale di recuperare la capacità di stare in piedi e camminare in diverse situazioni. Il sistema, definito ponte digitale tra cervello e midollo spinale, è stato progettato per ristabilire artificialmente la comunicazione interrotta dalla lesione. Il dispositivo rileva i segnali cerebrali associati all’intenzione di muoversi e li trasmette a un sistema che stimola elettricamente il midollo spinale al di sotto del punto danneggiato. In questo modo, i comandi possono raggiungere i circuiti nervosi coinvolti nel movimento. L’esperimento ha dimostrato che, in condizioni specifiche, una tecnologia di questo tipo può contribuire a recuperare alcune funzioni motorie anche in presenza di danni neurologici gravi. È importante, tuttavia, non confondere il risultato con una cura generalizzata per la paralisi: la sperimentazione iniziale ha riguardato un singolo paziente e sono necessari ulteriori studi per valutare l’efficacia, la sicurezza e la possibilità di applicare il sistema a un numero più ampio di persone. Il movimento non è l’unica funzione che la ricerca cerca di recuperare. Gli scienziati stanno lavorando anche su sistemi capaci di restituire parte della sensibilità attraverso protesi e dispositivi robotici. L’obiettivo è collegare i sensori presenti su una mano artificiale a sistemi di stimolazione delle aree nervose che elaborano le sensazioni. In questo modo, alcune informazioni sul contatto con gli oggetti possono essere trasmesse al sistema nervoso. La differenza è sostanziale: una protesi che consente soltanto di afferrare un oggetto offre possibilità diverse rispetto a una mano artificiale che permette anche di percepire, almeno in parte, il contatto. Recuperare informazioni sensoriali potrebbe migliorare il controllo dei movimenti, rendere più precise alcune attività quotidiane e aumentare l’autonomia delle persone che utilizzano questi dispositivi. Anche in questo ambito, però, molte soluzioni si trovano ancora in fase sperimentale e non sono disponibili come trattamenti di uso comune. Per interpretare i segnali nervosi, i ricercatori utilizzano dispositivi differenti. Alcuni impiegano elettrodi inseriti nel tessuto cerebrale, altri registrano l’attività elettrica dalla superficie del cervello. Sono inoltre allo studio sistemi che raggiungono determinati vasi sanguigni per rilevare segnali neurali senza richiedere un impianto diretto nel tessuto cerebrale. Ogni approccio presenta vantaggi e limiti in termini di qualità del segnale, invasività, sicurezza e durata nel tempo. La sfida consiste nel realizzare interfacce sufficientemente precise e affidabili da poter essere utilizzate per periodi prolungati, riducendo i rischi legati agli impianti e semplificando, quando possibile, le procedure mediche. L’intelligenza artificiale svolge un ruolo importante anche nell’analisi di enormi quantità di dati neurologici, aiutando gli scienziati a individuare connessioni e organizzazioni cellulari che sarebbero difficili da ricostruire con metodi tradizionali. Nel 2024, una collaborazione tra ricercatori di Harvard e Google ha pubblicato sulla rivista Science una ricostruzione tridimensionale estremamente dettagliata di un piccolo frammento di corteccia cerebrale umana. La porzione analizzata misurava appena un millimetro cubo, ma conteneva circa 57.000 cellule e 150 milioni di sinapsi, ovvero le strutture attraverso cui i neuroni comunicano tra loro. Per realizzare questa mappa è stato necessario elaborare circa 1,4 petabyte di dati, equivalenti a circa 1,4 milioni di gigabyte in termini decimali. Il lavoro offre agli studiosi uno strumento prezioso per esaminare l’organizzazione delle connessioni neuronali e approfondire i meccanismi alla base del funzionamento cerebrale. Allo stesso tempo, le dimensioni del progetto mostrano quanto sia complesso studiare il cervello umano. La ricostruzione riguarda infatti una porzione minuscola dell’organo e non rappresenta una mappa completa del suo funzionamento. Comprendere come sono organizzati i neuroni e le loro connessioni è un passaggio importante, ma resta ancora molto da chiarire sui processi che permettono al cervello di generare pensieri, ricordi, emozioni e decisioni. Le prospettive della ricerca vanno oltre il recupero della parola e del movimento. Gli scienziati stanno esplorando possibili applicazioni legate alla memoria, alla comunicazione diretta con dispositivi elettronici e all’interazione tra tessuto nervoso e sistemi artificiali. Tuttavia, è necessario distinguere le applicazioni già dimostrate in specifici contesti sperimentali dalle ipotesi sul futuro. Il potenziamento delle capacità cognitive nelle persone sane, per esempio, rimane un obiettivo molto diverso dal recupero di una funzione compromessa da una malattia. Le tecnologie neurali sollevano inoltre questioni che riguardano la riservatezza delle informazioni e il controllo sui dati prodotti dal cervello. Se un dispositivo è in grado di elaborare segnali cerebrali, diventa fondamentale stabilire chi possa accedere a quei dati, per quali scopi possano essere utilizzati e quali garanzie debbano proteggere la persona. Con la diffusione delle interfacce cervello-computer cresce l’attenzione verso i cosiddetti neurodiritti, un insieme di principi e proposte normative dedicati alla tutela della privacy mentale, dell’identità personale, della libertà di pensiero e dell’autonomia individuale. Non tutti i segnali cerebrali contengono informazioni direttamente interpretabili e le tecnologie attuali hanno limiti significativi. Ciò non elimina, però, la necessità di stabilire regole chiare per la raccolta, la conservazione e l’utilizzo dei dati neurologici.Le garanzie dovranno accompagnare lo sviluppo scientifico, soprattutto se queste soluzioni dovessero diventare più diffuse al di fuori degli ospedali e dei laboratori di ricerca. Per la medicina, la priorità resta trasformare risultati ottenuti in gruppi ristretti di pazienti in trattamenti sicuri, accessibili e realmente utili. Saranno necessari studi clinici più ampi, controlli sulla durata degli impianti, percorsi di riabilitazione specializzati e criteri rigorosi per la protezione delle informazioni personali. Le interfacce cervello-computer mostrano che l’intelligenza artificiale può diventare uno strumento importante per affrontare alcune delle conseguenze più gravi delle malattie neurologiche e delle lesioni traumatiche. Restituire la possibilità di comunicare a chi non riesce più a parlare, aiutare una persona a recuperare alcuni movimenti o migliorare il controllo di una protesi significa intervenire concretamente sulla qualità della vita. La strada verso applicazioni diffuse è ancora lunga e molti risultati devono essere confermati da ulteriori ricerche. Ma la direzione è già significativa: utilizzare le tecnologie digitali per superare, almeno in parte, le barriere imposte da alcune disabilità. La prospettiva più importante, quindi, non è creare esseri umani dotati di capacità straordinarie, ma offrire nuove possibilità a chi ha perso funzioni fondamentali.

È in questo obiettivo che l’incontro tra neuroscienze e intelligenza artificiale può esprimere il suo valore più concreto: aiutare le persone a recuperare comunicazione, movimento e autonomia, senza trascurare la tutela della loro identità e della loro libertà.

Fonte (mondosanità)