Interfacce cervello-macchina: cosa sono e come funzionano?

Immagina di poter controllare un robot o giocare a un videogioco usando solo la tua mente. Sembra fantascienza, ma questo è esattamente ciò per cui le interfacce cervello-macchina (BMI) sono già utilizzate. Con applicazioni dall'intrattenimento alla medicina, i BMI sono destinati a cambiare il mondo della tecnologia come lo conosciamo. Ma cosa sono esattamente? E come funzionano?

Questo articolo tratterà tutto ciò che riguarda le interfacce cervello-macchina, inclusi esempi attuali, come funzionano e per cosa potrebbero essere utilizzati i BMI in futuro.

Che cos'è un'interfaccia cervello-macchina?

Le interfacce cervello-macchina (BMI), note anche come interfacce cervello-computer, sono dispositivi che collegano il cervello e un dispositivo esterno. Possono leggere l'attività cerebrale umana e comunicare tali informazioni direttamente a un sistema informatico. Ad esempio, un BMI potrebbe aiutare un paziente a controllare una protesi robotica. Oppure, potrebbe consentire all'utente di digitare in un elaboratore di testi utilizzando solo i propri pensieri.

Il BMI può essere invasivo o non invasivo. Un BMI invasivo richiede un intervento chirurgico e di solito comporta il posizionamento di elettrodi direttamente sotto il cuoio capelluto per comunicare i segnali cerebrali in modo più accurato. D'altra parte, i BMI non invasivi vengono posizionati sopra la testa senza intervento chirurgico e leggono l'attività elettrica del cervello. Il rovescio della medaglia è che gran parte di questa attività è smorzata dal cranio, quindi i BMI non invasivi sono spesso meno potenti.

Come funzionano le interfacce cervello-macchina?

Quando pensiamo, il nostro cervello produce segnali elettrici inviati attraverso le cellule cerebrali (note come neuroni). Questi segnali elettrici possono essere captati e interpretati da dispositivi medici, e infatti, questo è stato fatto per decenni per diagnosticare le condizioni del cervello.

I due metodi per farlo sono chiamati elettroencefalografia (EEG) ed elettromiografia (EMG). L'EEG interpreta i segnali elettrici dal cervello, mentre l'EMG interpreta questi segnali dai muscoli.

Per diagnosticare le condizioni del cervello, le letture EEG ed EMG vengono confrontate con l'attività cerebrale "normale", con stati patologici che producono modelli particolari nell'attività elettrica del cervello. Ora, però, siamo in grado di andare ancora oltre.

I recenti progressi significano che possiamo raccogliere più informazioni dall'attività del cervello, inclusi stati emotivi, quali movimenti o azioni stai per eseguire e persino pensieri particolari.

Gli algoritmi di apprendimento automatico possono determinare come "appaiono" questi particolari stati (in termini di attività elettrica). A questi algoritmi vengono fornite fasce di dati EEG ed EMG da esperimenti controllati e vengono scoperti modelli nell'attività cerebrale. L'attività cerebrale viene quindi monitorata e analizzata in tempo reale per determinare specifici stati mentali o azioni (come "spostarsi a sinistra").

Esempi attuali di BMI

Esistono diversi esempi attuali di BMI, molti dei quali sono ampiamente diversi l'uno dall'altro. Poiché c'è un enorme potenziale per ciò che è possibile con i BMI, molti vengono progettati contemporaneamente in campi completamente diversi. Alcuni IMC sono utilizzati principalmente per scopi medici, per consentire alle persone disabili di camminare di nuovo o per controllare i dispositivi senza l'uso delle mani. Altri sono progettati per il gioco e le attività ricreative.

Impianti cocleari

Gli impianti cocleari non sono ciò che molte persone considererebbero quando si parla di BMI, ma in realtà sono una delle prime tecnologie che hanno collegato il cervello di un utente con una macchina. Funzionano fornendo il senso del suono a coloro che sono sordi o quasi sordi. L'impianto viene posizionato chirurgicamente sotto la pelle dell'utente, utilizza un microfono per captare il suono circostante, quindi aumenta e trasmette il suono tramite impulsi elettrici al cervello dell'utente.

Musa

Musa è una "fascia di rilevamento" in grado di rilevare stati emotivi in ​​chi la indossa. La startup ha programmi incentrati sul benessere dei dipendenti. Il dipendente indossa la fascia e può gestire i propri livelli di stress e produttività in base al feedback della fascia.

Controllo drone

Nel lontano 2015, i ricercatori dell'Università della Florida hanno sviluppato una fascia BMI che potrebbe consentire all'utente di controllare un drone direzionalmente usando la propria mente.

Incurabile

Nel 2017, Incurabile ha rilasciato un gioco di prova che era una stanza di fuga controllata dall'IMC. I giocatori hanno indossato un visore VR e sono fuggiti dalla stanza usando solo i loro pensieri. Neurable prevede di sviluppare prodotti che ti consentano di controllare il tuo smartphone (ad esempio, saltare o mettere in pausa i brani) attraverso la tua mente.

La famosa compagnia di Elon Musk Neuralink è un esempio di BMI invasivo. Utilizzando "fili" impiantati chirurgicamente, Neuralink mira a connettere il cervello a un computer attraverso mezzi a banda ultralarga. L'obiettivo finale di Neuralink è aiutare gli umani a superare i tradizionali sistemi di intelligenza artificiale. Neuralink è già stato testato (notoriamente) su un paziente scimmia, e la scimmia è stata in grado di farlo gioca a Pong semplicemente pensando.

Altri esempi di BMI attualmente in fase di sviluppo includono Kernel, NextMind, Neurosity e Nectome.

A cosa servirà il BMI in futuro?

Un'applicazione dell'IMC è fornire feedback all'utente sui propri stati mentali. Ad esempio, un BMI potrebbe rilevare alti livelli di sonnolenza o disattenzione e fornire avvisi in ambienti ad alto rischio, come la guida o l'utilizzo di macchinari pericolosi. Un BMI potrebbe anche essere usato per regolare le emozioni o addirittura ridurre il dolore, che ha diversi potenziali usi per i militari.

Anche il BMI ha decine di potenziali applicazioni in medicina. Ad esempio, potrebbero essere usati per gli amputati per controllare protesi avanzate o trattare condizioni neurologiche come l'Alzheimer o il morbo di Parkinson.

Nello spazio dei consumatori, l'IMC potrebbe essere utilizzato per una miriade di cose. Gli utenti possono controllare le loro case intelligenti con la mente, accendere e spegnere le luci, cambiare canale o persino avere playlist generate automaticamente in base ai loro stati d'animo. Indubbiamente, ci sarà un enorme spazio per i BMI nella realtà virtuale e in altri giochi in cui l'uso dei controller è una delle barriere finali alla full immersion.

IMC: controllo mentale

Le interfacce cervello-macchina saranno senza dubbio disponibili in futuro, più o meno esattamente nel modo in cui vengono rappresentate nei film di fantascienza. In effetti, molti sono già disponibili in commercio che hanno capacità che possono estendere di gran lunga il cervello umano. Un giorno non sarà più necessario premere pulsanti o digitare comandi. Sarai in grado di entrare in casa, accendere e spegnere le luci e giocare nella realtà virtuale senza usare le mani.

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