L’afasia è un disturbo acquisito del linguaggio che emerge dalla degenerazione o dal danno nelle aree cerebrali che controllano il linguaggio a causa di lesioni o ictus. Tale perdita di comunicazione con gli altri ha conseguenze psicologiche invalidanti per l’individuo e la sua famiglia. Il ripristino del linguaggio nei pazienti afasici richiede un dispositivo neuroprotesico noto come interfaccia cervello-computer (BCI) in grado di leggere i segnali cerebrali relativi al loro discorso intenzionale. Sebbene le BCI per l’aumento dell’udito esistano sotto forma di impianti cocleari, la tecnologia per ripristinare la perdita del linguaggio è in ritardo.
Nuova tecnologia per la previsione del parlato
L’obiettivo chiave di BrainCom , finanziato dall’UEil progetto era quello di far avanzare soluzioni riabilitative per ripristinare le capacità di parola e comunicazione nei pazienti disabili, utilizzando tecnologie innovative in grado di decodificare l’attività neurale e prevedere il discorso continuo. Il cervello umano ha una complessità sorprendente, composta da ben 100 miliardi di neuroni. Per comprendere appieno i principi alla base di un tale sistema contorto è necessario il rilevamento simultaneo dell’attività elettrica di grandi popolazioni neurali con un’elevata risoluzione spaziale e temporale. Le tecnologie esistenti, come la risonanza magnetica funzionale o l’elettroencefalografia, sono relativamente efficaci nell’indicare i tipi di segnali neurali rilevanti per il parlato. Tuttavia, sono troppo lenti per essere utilizzati in una situazione realistica come una conversazione. Elettrocorticografiaoffre un approccio interessante per il monitoraggio dell’attività cerebrale posizionando elettrodi sulla superficie del cervello dove l’attività elettrica ad alta risoluzione può essere letta molto rapidamente.
I sensori di grafene fanno avanzare le interfacce neurali dell’elettrocorticografia
Gli scienziati hanno sfruttato le proprietà elettroniche uniche del grafene per costruire array flessibili di un tipo di sensori noti come transistor in grado di rilevare l’attività neurale su vaste aree del cervello. Grazie a questi transistor al grafene e alla loro operazione di multiplexing, è stato possibile costruire array con migliaia di sensori di registrazione. I sensori di grafene sono stati ridotti alle dimensioni di circa un singolo neurone, pur mantenendo un’elevata qualità del segnale. L’idea era di posizionare questi sensori in importanti regioni della corteccia note per essere correlate alla parola. Con l’uso di sofisticati algoritmi, il team di BrainCom ha estratto i dati del cervello e previsto la produzione del parlato con elevata precisione. “Quando gli utenti di questa tecnologia immaginano vividamente di dire parole nella loro testa, il cervello attiva schemi di attività simili come se li stessero effettivamente dicendo ad alta voce”, spiega il coordinatore del progetto Jose Antonio Garrido. La tecnologia di elaborazione in tempo reale di BrainCom trasformerà in realtà la possibilità di esternare il discorso interiore non articolato per gli utenti con problemi di linguaggio. Fonemi, parole, frasi e dialoghi potranno essere prodotti da segnali neurali accuratamente decodificati.
Trasferimento di tecnologia nell’industria
Il passo successivo è aumentare la produzione delle interfacce neurali BrainCom e testarne le prestazioni negli studi clinici sull’uomo. Multi Channel Systems ha in programma di lanciare la tecnologia dei sensori neurali al grafene nel mercato delle neuroscienze precliniche entro il 2022. La società di tecnologia medica INBRAIN Neuroelectronics condurrà i primi studi clinici sull’uomo per dimostrare la sicurezza e la funzionalità della tecnologia al grafene BrainCom. Le innovazioni di BrainCom fanno avanzare il campo delle neuroscienze cliniche e le potenziali applicazioni delle interfacce neurali impiantabili. Oltre al ripristino del linguaggio, la tecnologia generata può essere utilizzata per la riabilitazione delle funzioni cognitive e per il monitoraggio dell’epilessia
