Gert-Jan Oskam, 40 anni, si è rotto il collo in un incidente in bicicletta nel 2011.
I ricercatori hanno utilizzato un "ponte digitale" per ristabilire le connessioni tra il cervello e le gambe, consentendo a Oskam di stare in piedi e camminare in modo naturale.
"Qualche mese fa, per la prima volta dopo 10 anni, ho potuto alzarmi e bere una birra con i miei amici", ha detto Oskam.
Lo studio, pubblicato su NatureAbbiamo ripristinato questa comunicazione con un ponte digitale tra il cervello e il midollo spinale che ha permesso a una persona affetta da tetraplegia cronica di stare in piedi e camminare in modo naturale in un ambiente comunitario".
I ricercatori lavorano da diversi anni sulle interfacce cervello-spina, tra cui una Progetto 2016 che ha permesso a una scimmia paralizzata di muovere le zampe e un'altra che ha sensazione ripristinata alla mano di un uomo con una lesione al midollo spinale.
Si tratta del progetto più completo finora realizzato, che evidenzia il ruolo sempre più importante dell'IA nelle nuove applicazioni mediche.
Sviluppare l'interfaccia cervello-spina
Il "ponte digitale" è un'interfaccia cervello-spina che legge l'attività neuronale dal cervello, la converte in segnali elettrici e li invia attraverso la lesione spinale ai neuroni sani dall'altra parte.
La maggior parte delle lesioni del midollo spinale non danneggiano direttamente i neuroni, ma interrompono le vie discendenti che collegano il cervello alla colonna vertebrale e al sistema nervoso periferico.
Il ruolo dell'intelligenza artificiale
Per ricollegare il cervello alle gambe, sono stati collegati al cervello di Oskam degli elettrodi per leggere elettrocorticografico (ECoG) attività cerebrale.
Per camminare, utilizziamo i muscoli dell'anca, del ginocchio e della caviglia: l'interfaccia deve attribuire l'attività cerebrale ai diversi gruppi muscolari della gamba destra e di quella sinistra.
I progetti precedenti hanno trovato l'attività cerebrale difficile da analizzare, rendendo difficile prevedere l'intento di ogni pensiero.
È qui che l'intelligenza artificiale viene in aiuto: i ricercatori hanno ideato un metodo per filtrare e decodificare l'attività cerebrale utilizzando l'apprendimento automatico (ML).
I ricercatori hanno impiegato algoritmi per svolgere due funzioni:
- Un primo modello prevede la probabilità dell'intenzione di muovere una specifica articolazione.
- L'altro modello prevede l'ampiezza e la direzione del movimento.
Una volta installata l'interfaccia, Oskam ha partecipato a un programma di addestramento che gli ha richiesto di leggere le indicazioni visive attraverso un'interfaccia.
Il programma lo ha istruito su quali movimenti concentrarsi, aiutando a calibrare il modello AI per "decodificare" i suoi pensieri e stimolare i muscoli corretti.
I risultati
I ricercatori hanno condotto una serie di test, tra cui passeggiate di prova di 6 e 10 minuti, in cui Oskam è riuscito a camminare per 100 metri, prove in piedi, salite di scale e camminate su terreni accidentati e irregolari. Le sue capacità di camminare erano molto migliorate e miglioravano a ogni sessione di allenamento.
Inoltre, l'interfaccia ha avuto un effetto a lungo termine sulla capacità di camminare di Oskam anche quando è stata spenta. Dopo 40 sessioni di allenamento, Oskam era in grado di camminare con maggiore sicurezza con i suoi ausili, evidenziando il potenziale di questi dispositivi per la riabilitazione a lungo termine.
L'IA ha supportato applicazioni simili nel settore MedTech, come le interfacce cervello-computer che trasformare i pensieri in parole. Questi dispositivi potrebbero restituire la parola a chi ha subito una lesione cerebrale o una malattia neurodegenerativa come la sclerosi laterale amiotrofica (SLA).
Col tempo, questi dispositivi diventeranno più facili da sviluppare e installare e potrebbero persino funzionare senza interventi chirurgici invasivi.
