Tablet e altri dispositivi di elaborazione mobile fanno parte della vita quotidiana, ma usarli può essere difficile per le persone con paralisi. Una nuova ricerca del consorzio BrainGate mostra che un'interfaccia cervello-computer (BCI) può consentire alle persone con paralisi di utilizzare direttamente un dispositivo tablet standard semplicemente pensando a fare movimenti e clic del cursore.

In uno studio pubblicato il 21 novembre in PLOS UNO , tre partecipanti allo studio clinico con tetraplegia, ognuno dei quali utilizzava il BrainGate BCI sperimentale che registra l'attività neurale direttamente da un piccolo sensore posizionato nella corteccia motoria, sono stati in grado di navigare attraverso i programmi tablet di uso comune, compresa la posta elettronica, Chiacchierare, app per lo streaming di musica e la condivisione di video. I partecipanti hanno inviato messaggi alla famiglia, gli amici, membri del gruppo di ricerca e i loro colleghi partecipanti. Hanno navigato sul web, controllato il tempo e fatto acquisti online. Un partecipante, un musicista, ha suonato un frammento dell'"Inno alla gioia" di Beethoven sull'interfaccia di un pianoforte digitale.

"Per anni, la collaborazione BrainGate ha lavorato per sviluppare il know-how in neuroscienze e neuroingegneria per consentire alle persone che hanno perso le capacità motorie di controllare dispositivi esterni semplicemente pensando al movimento del proprio braccio o della propria mano, " ha detto il dottor Jaimie Henderson, un autore senior dell'articolo e un neurochirurgo della Stanford University. "In questo studio, abbiamo sfruttato questo know-how per ripristinare la capacità delle persone di controllare esattamente le stesse tecnologie quotidiane che utilizzavano prima dell'inizio delle loro malattie. È stato meraviglioso vedere i partecipanti esprimersi o semplicemente trovare una canzone che vogliono ascoltare".

Il BrainGate BCI sperimentale include un impianto delle dimensioni di un'aspirina per bambini che rileva i segnali associati ai movimenti previsti prodotti nella corteccia motoria del cervello. Questi segnali vengono quindi decodificati e indirizzati a dispositivi esterni. I ricercatori di BrainGate e altri gruppi che utilizzano tecnologie simili hanno dimostrato che il dispositivo può consentire alle persone di muovere braccia robotiche o di riprendere il controllo dei propri arti, nonostante abbia perso le capacità motorie a causa di malattia o infortunio. Questo studio della collaborazione include scienziati, ingegneri e medici del Carney Institute for Brain Science della Brown University, il Providence Veterans Affairs Medical Center (PVAMC), Massachusetts General Hospital (MGH) e la Stanford University.

Due dei partecipanti a questo ultimo studio avevano debolezza o perdita di movimento delle braccia e delle gambe a causa della sclerosi laterale amiotrofica (SLA), una malattia progressiva che colpisce i nervi del cervello e della colonna vertebrale che controllano il movimento. Il terzo partecipante è rimasto paralizzato a causa di una lesione del midollo spinale. Tutti sono stati arruolati in uno studio clinico volto a valutare la sicurezza e la fattibilità del sistema sperimentale BrainGate.

Per questo studio, i segnali neurali del BrainGate BCI sono stati indirizzati a un'interfaccia Bluetooth configurata per funzionare come un mouse wireless. Il mouse virtuale è stato quindi associato a un tablet Google Nexus 9 non modificato. Ai partecipanti è stato quindi chiesto di eseguire una serie di attività progettate per vedere come erano in grado di navigare all'interno di una varietà di app di uso comune, e passa da un'app all'altra. I partecipanti hanno sfogliato le selezioni musicali su un servizio di streaming, cercato video su YouTube, scorreva un aggregatore di notizie e componeva email e chat.

Lo studio ha mostrato che i partecipanti erano in grado di effettuare fino a 22 selezioni point-and-click al minuto durante l'utilizzo di una varietà di app. Nelle app di testo, i partecipanti sono stati in grado di digitare fino a 30 caratteri effettivi al minuto utilizzando e-mail standard e interfacce di testo.

I partecipanti hanno riferito di aver trovato l'interfaccia intuitiva e divertente da usare, lo studio ha osservato. uno ha detto, "Mi è sembrato più naturale delle volte che ricordo di aver usato un mouse." Un altro ha riferito di avere "più controllo su questo rispetto a quello che uso normalmente".

I ricercatori sono stati lieti di vedere quanto velocemente i partecipanti hanno utilizzato l'interfaccia del tablet per esplorare i propri hobby e interessi.

"È stato fantastico vedere i nostri partecipanti farsi strada attraverso i compiti che abbiamo chiesto loro di svolgere, ma la parte più gratificante e divertente dello studio è stata quando hanno semplicemente fatto quello che volevano fare:usare le app che gli piacevano per lo shopping, guardare video o semplicemente chattare con gli amici, " ha detto l'autore principale Dr. Paul Nuyujukian, un bioingegnere a Stanford. "Uno dei partecipanti ci ha detto all'inizio del processo che una delle cose che voleva davvero fare era riprodurre di nuovo la musica. Quindi vederla suonare su una tastiera digitale è stato fantastico".

Il fatto che i dispositivi tablet fossero completamente inalterati e che tutti i software di accessibilità precaricati fossero disattivati ​​è stata una parte importante dello studio, hanno detto i ricercatori.

"Le tecnologie assistive oggi disponibili, mentre sono importanti e utili, sono tutti intrinsecamente limitati in termini di velocità di utilizzo che consentono, o la flessibilità dell'interfaccia, " disse Krishna Shenoy, un autore senior dell'articolo e un ingegnere elettrico e neuroscienziato presso la Stanford University e l'Howard Hughes Medical Institute. "Questo è in gran parte dovuto ai segnali di ingresso limitati disponibili. Con la ricchezza dell'input dal BCI, siamo stati in grado di acquistare solo due tablet su Amazon, accendi il Bluetooth e i partecipanti potrebbero usarli con il nostro sistema sperimentale BrainGate subito fuori dalla scatola."

The researchers say that the study also has the potential to open important new lines of communication between patients with severe neurological deficits and their health care providers.

"This has great potential for restoring reliable, rapid and rich communication for somebody with locked-in syndrome who is unable to speak, " said Jose Albites Sanabria, who performed this research as a graduate student in biomedical engineering at Brown University. "That not only could provide increased interaction with their family and friends, but can provide a conduit for more thoroughly describing ongoing health issues with caregivers."

As a neuroscientist and practicing critical care neurologist, senior author Dr. Leigh Hochberg of Brown University, Massachusetts General Hospital and the Providence VA Medical Center sees tremendous potential for the restorative capabilities of BCIs exemplified in this study.

"When I see somebody in the neuro-intensive care unit who has had an acute stroke and has lost the ability to move or communicate, I'd like to be able to say, 'I'm very sorry this has happened, but we can restore your ability to use the technologies you were using before this happened, and you'll be able to use them again tomorrow, '" Hochberg said. "And we are getting closer to being able to tell someone who has been diagnosed with ALS, 'even while we continue to seek out a cure, you will never lose the ability to communicate.' This work is a step toward those goals."