IL PROGETTO VISUAL BCI

In un precedente articolo pubblicato nel nostro magazine, abbiamo iniziato a trattare il tema relativo allo stato dell’arte sulle protesi corticali (fai clic qui per leggere l’articolo). In tale contesto, sebbene con obiettivi e risorse di gran lunga inferiori ai progetti illustrati in quell’articolo, si inquadra anche il nostro progetto visual BCI (Brain Computer Interface), avviato alla fine del 2015 con il contributo della sezione toscana di Retina Italia.
Iniziamo col tentare di illustrare cosa sono le Brain Computer Interface, letteralmente le interfacce cervello-computer. Come è noto dall’elettrofisiologia, qualsiasi cellula ha la capacità di generare segnali elettrochimici che possono essere rilevati sotto forma di segnale elettrico, utilizzando apposita strumentazione tecnologica. A questo meccanismo non sfugge nessun tipo di cellula, nemmeno le “cellule speciali”, i neuroni, quelli che formano il sistema nervoso sia centrale che periferico. Il compito dell’elettrofisiologo, dunque, è quello di studiare la risposta elettrica dei singoli neuroni, connessi tra loro in reti complesse.
Il progetto visual BCI si pone l’obiettivo di analizzare la risposta elettrica della sola corteccia visiva, ovvero della rete di neuroni del nostro cervello che ha il compito di interpretare l’informazione visiva catturata dalla nostra retina (formata a sua volta da altri particolari neuroni chiamati coni e bastoncelli), convertita in segnale elettrico e trasmessa attraverso il nervo ottico appunto alla corteccia visiva, dove viene trasformata in quella che per un soggetto sano è l’esperienza del vedere. Nel far questo, stiamo attingendo alla tecnologia utilizzata in contesto medico per effettuare un EEG (ElettroEncefaloGramma), costruendo però dei particolari caschetti chiamati appunto BCI, interfacce Cervello Computer, nate in genere per comprendere che segnale elettrico associare ad una determinata attività cerebrale, sia essa motoria, cognitiva o sensoriale, in modo da trasformarla in un comando corrispondente per un computer ad essa collegata.
La BCI che stiamo costruendo noi in collaborazione con il Corso di Laurea Magistrale in Automation Engineering and Control of Complex Systems, presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Elettronica ed Informatica dell’Università di Catania, però, prevede la miniaturizzazione di tutti i sensori in una sorta di “cerotto”, con stampa a getto di inchiostro, di tipo “usa e getta”, che racchiude in uno spazio piccolo quanto la zona posteriore della nostra scatola cranica in cui ha sede la corteccia visiva primaria, un numero elevato di sensori in grado di rilevare la distribuzione del segnale elettrico in risposta al “vedere”. A breve inizieremo le rilevazioni del segnale, che avverranno con la collaborazione della clinica oculistica del Policlinico di Catania e del reparto di pediatria che ha sede presso l’Ospedale Vittorio Emanuele di Catania: a partire dalle particolari immagini (pattern) utilizzate per effettuare un esame clinico noto con il nome PEV (Potenziali Evocati Visivi), ma modificandole via via in corso d’opera, in immagini più complesse, cercheremo di formalizzare un “modello percettivo”, ovvero di capire in che modo poter mappare i pixel, i puntini che formano le immagini mostrate ai vari soggetti che faranno parte della sperimentazione, con la distribuzione del segnale elettrico rilevata dalla matrice di sensori che andrà a formare il particolare cerotto.
Certo, un obiettivo parecchio complesso ed ambizioso per varie ragioni squisitamente tecniche e scientifiche, ma anche un approccio che, in modo naturale, potrebbe portare ad una importante conseguenza: ammettiamo di non riuscire a comprendere in alcun modo come funziona il suddetto modello percettivo; tuttavia, estendendo questa rilevazione, iniziata utilizzando solo pazienti sani tanto a livello dell’occhio quanto a livello del nervo ottico e della corteccia visiva, ripetendo la rilevazione prima con pazienti che hanno una distrofia retinica e poi con pazienti che hanno un malfunzionamento a livello del nervo ottico, nel momento in cui sottoporremmo il test ad un soggetto sul quale si intende indagare dal punto di vista clinico, confrontando il segnale misurato con quelli precedentemente raccolti ed aggregati in cluster corrispondenti ad una determinata patologia, potremmo rilevare la presenza di un problema a livello retinico, o patologie a danno del nervo ottico, semplicemente per confronto con il segnale che rappresenta lo stesso cluster, ovvero con il segnale che accomuna tutti quelli che hanno quella determinata patologia. Questo test, dunque, potrebbe diventare una sorta di vero e proprio esame diagnostico (pur non essendo questo, lo sottolineo, l’obiettivo primario del progetto). Naturalmente il condizionale è d’obbligo, non avendo ancora iniziato la sperimentazione clinica e solo il rigoroso metodo scientifico potrà confermare o smentire quelle che al momento occorre considerare solo come delle ipotesi. Ipotesi, però, che crediamo fortemente, a naso, con l’intuito di chi si attiene comunque ad un approccio scientifico, poter portare a risultati concreti. Naturalmente, aldilà delle tesi di laurea, delle eventuali pubblicazioni scientifiche che ne potranno scaturire, vi terremo costantemente aggiornati sui risultati, mantenendo nell’esposizione, come sempre, un linguaggio accessibile a chiunque desideri saperne di più.