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Uomo paralizzato scrive 18 parole al minuto con la forza del pensiero (e una IA)

Il colpo di teatro di Elon Musk e della sua Neuralink con la scimmietta che gioca a Pong con il pensiero non poteva che conquistare le prime pagine dei giornali, ma la tecnologia dietro quella dimostrazione rappresenta la speranza per molte persone con disabilità che vogliono interagire più facilmente con il mondo che li circonda. Ci sono molte ricerche dietro le BCI (Brain – computer interfaces), interfacce cervello-computer, non c’è solo Neuralink al lavoro e un gruppo di studiosi della Stanford University ce lo dimostra.

Uno studio pubblicato su Nature ci racconta gli ottimi risultati che i ricercatori hanno ottenuto impiantando nel cervello di un uomo totalmente paralizzato due BCI al fine di decodificare, tramite un software specializzato, il pensiero di scrivere a mano su un foglio di carta traducendolo in lettere sullo schermo di un computer.

In poche parole, mentre l’uomo pensava di scrivere su un foglio la parola “Ciao” (è un esempio), questa veniva trasposta sul display a una velocità più che doppia rispetto a una precedente versione della tecnologia sviluppata sempre dai ricercatori di Stanford.

Pur con tutte le cautele del caso, nessuno d’altronde vuole alimentare false speranze (la tecnologia non è ancora approvata per l’uso commerciale), questo studio sembra rappresentare un’evoluzione positiva per milioni di persone nel mondo che hanno perso l’uso degli arti superiori o la capacità di parlare a causa di lesioni del midollo spinale, ictus o sclerosi laterale amiotrofica.

“Questo approccio ha permesso a una persona con paralisi di comporre frasi a velocità quasi paragonabili a quelle di adulti normodotati della stessa età che digitano su uno smartphone”, ha detto Jaimie Henderson, professore di neurochirurgia. “L’obiettivo è ripristinare la capacità di comunicare tramite testo”.

Il partecipante allo studio è riuscito a produrre un testo a una velocità di circa 18 parole al minuto. A confronto, una persona normodotata della stessa età riesce a scrivere 23 parole al minuto su uno smartphone. Non è nota l’identità della persona che ha partecipato allo studio, ribattezzata semplicemente T5. Si sa che ha perso la capacità di muoversi dal collo in giù a causa di una lesione del midollo spinale sofferta nel 2007 e che, al tempo dello studio, aveva 65 anni.

I ricercatori hanno impiantato nel lato sinistro del cervello di T5 due chip BCI, ognuno delle dimensioni di un’aspirina per bambini. Ogni chip è dotato di 100 elettrodi che raccolgono i segnali dai neuroni che si attivano nella corteccia motoria, una regione superficiale del cervello che governa il movimento della mano.

Questi segnali neuronali sono poi inviati grazie a dei fili a un computer, dove algoritmi di intelligenza artificiale si sono occupati di decodificarli e ipotizzare il movimento della mano e del dito immaginati dall’uomo. Il cervello conserva infatti la sua capacità di impartire movimenti precisi per un intero decennio dopo che il corpo ha perso la sua capacità di eseguire quei movimenti.

“Abbiamo imparato che movimenti intenzionali e complessi che richiedono un cambio di velocità e traiettorie curve, come la scrittura a mano, possono essere interpretati più facilmente e velocemente dagli algoritmi di intelligenza artificiale che usiamo più di quanto non possano fare con movimenti più semplici, come lo spostamento di un cursore in linea retta a velocità costante. Le lettere alfabetiche sono diverse l’una dall’altra, quindi sono più facili da distinguere “, sottolineano i ricercatori.

Un precedente studio del 2017 vide il soggetto T5 concentrarsi sull’uso di un braccio e di una mano per spostare un cursore da un tasto all’altro di una tastiera visualizzata sullo schermo di un computer, per poi concentrarsi sul click immaginario di quel tasto. Fu in quello studio che l’uomo stabilì che è stato finora era un record: copiare le frasi visualizzate a circa 40 caratteri al minuto.

Nel nuovo esperimento è cambiato il paradigma, e si è passati dalla digitazione alla scrittura a mano. Questa volta T5 ha provato a scrivere singole lettere dell’alfabeto su un quaderno immaginario con una penna immaginaria. Per prima cosa ha ripetuto ogni lettera 10 volte, consentendo al software di “imparare” a riconoscere i segnali neurali associati al suo sforzo di scrivere quella particolare lettera; poi, in sessioni successive gli è stato chiesto di copiare frasi a cui gli algoritmi non erano mai stati esposti. Alla fine, è stato in grado di generare 90 caratteri, o circa 18 parole, al minuto.

In seguito, gli è stato chiesto di rispondere a delle domande aperte, che richiedevano alcune pause di riflessione, ed è riuscito a comporre 73,8 caratteri (quasi 15 parole, in media) al minuto, triplicando il precedente record stabilito nel 2017.

Il tasso di errore nella copia delle frasi si è attestato a circa un errore ogni 18 o 19 caratteri provati, mentre quello nella composizione libera si è attestato a un errore ogni 11 o 12 caratteri. Applicando a posteriori una tecnologia di correzione automatica, simile a quella presente negli smartphone, i ricercatori sono riusciti a mantenere il tasso di errore al di sotto dell’1% per quanto riguarda la copia e poco più del 2% nella scrittura libera.

“Sebbene la scrittura a mano possa avvicinarsi a 20 parole al minuto, nel parlato tendiamo a esprimere 125 parole al minuto, e questa è un’altra direzione entusiasmante che completa la scrittura a mano. Se combinati, questi sistemi potrebbero offrire ancora più opzioni per i pazienti di comunicare in modo efficace”, ha detto il professor Krishna Shenoy, coautore dello studio.

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I risultati sono quindi promettenti, ma il sistema ha dei limiti. Anzitutto richiede un intervento per l’impianto dei chip, inoltre è necessario che il sistema apprenda da ogni singola persona, quindi non è una tecnologia che una volta messa a punto funziona con tutti allo stesso modo. Inoltre, è richiesta molta potenza di calcolo e un tecnico per impostare l’interfaccia e il software e verificarne la calibrazione a distanza di pochi giorni. Infine, non è wireless.

L’obiettivo è arrivare proprio a una tecnologia wireless, sempre disponibile e autocalibrante, ma per arrivarci è necessario un investimento economico rilevante, più tipico di un’azienda che di un ateneo. In ogni caso, guardando al futuro, il team spera di comprendere il modo in cui il cervello coordina i movimenti su più arti e capire come la parola viene generata dal cervello.