L'agenzia per la ricerca avanzata della difesa degli Stati Uniti (in inglese Defense Advanced Research Projects Agency — DARPA) finanzierà sei organizzazioni nell'ambito del programma Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology (abbreviato in «N3» e tradotto come «Prossima generazione di neurotecnologie non chirurgiche»), annunciato per la prima volta a marzo 2018. Partecipano al programma l'Istituto Battelle, l'Università Carnegie Mellon, il Laboratorio di Fisica Applicata dell'Università Johns Hopkins, il Palo Alto Research Center (PARC), l'Università Rice e la società Teledyne Scientific, ciascuna con propri team di scienziati e ricercatori dediti allo sviluppo di interfacce neurali bidirezionali. DARPA prevede che queste tecnologie in futuro permetteranno ai militari qualificati di gestire direttamente sistemi attivi di cybersicurezza e flotte di droni, nonché di utilizzarli per collaborare con sistemi informatici nell'esecuzione di missioni complesse e multitasking.
«DARPA si sta preparando per un futuro in cui la combinazione di sistemi senza pilota, intelligenza artificiale e operazioni cibernetiche potrebbe portare a situazioni che richiedono una velocità di decisione così rapida da rendere difficile affrontarle senza l'aiuto delle tecnologie moderne» ha dichiarato il dottor Al Emondi, manager del programma N3. «Creando un'interfaccia cervello-macchina accessibile che non richiede interventi chirurgici per essere utilizzata, DARPA sarà in grado di fornire all'esercito uno strumento che consente ai comandanti delle missioni di partecipare in modo significativo a operazioni dinamiche che si svolgono a velocità supersoniche».
Negli ultimi 18 anni, la DARPA ha regolarmente dimostrato tecnologie neurotecnologiche sempre più sofisticate, supportate da elettrodi impiantati chirurgicamente per interagire con il sistema nervoso centrale o periferico. Ad esempio, l'Agenzia ha mostrato tecnologie come il controllo mentale di arti protesici e il ripristino del senso del tatto per i loro utenti, tecnologie per alleviare malattie psiconeurologiche difficili da trattare, come la depressione, e metodi per migliorare e recuperare la memoria. A causa dei rischi insiti nell'intervento chirurgico al cervello, queste tecnologie sono state finora utilizzate in modo limitato per volontari con necessità cliniche.
Affinché l'esercito possa trarre vantaggio dalle neurotecnologie, è necessario avere opzioni non chirurgiche, poiché al momento interventi chirurgici di massa tra i comandi militari non sembrano essere una buona idea. Le tecnologie militari possono anche apportare grandi benefici alle persone comuni. Eliminando la necessità di un intervento chirurgico, i progetti N3 ampliano il numero di potenziali pazienti che potrebbero accedere a metodi di trattamento come la stimolazione cerebrale profonda per le malattie neurologiche.
I partecipanti al programma N3 utilizzano vari approcci nelle loro ricerche per ottenere informazioni dal cervello e restituirle. In alcuni progetti si utilizza l'ottica, in altri l'acustica e l'elettromagnetismo. Alcuni team stanno sviluppando interfacce completamente non invasive, che sono completamente al di fuori del corpo umano, mentre altri team esplorano tecnologie leggermente invasive con l'uso di nanotrasduttori, che possono essere temporaneamente introdotti nel cervello senza intervento chirurgico per migliorare la risoluzione e la precisione del segnale.
- Il team dell'istituto Battelle, guidato dal dottor Gaurav Sharma, si impegna a sviluppare un sistema minimamente invasivo che include un trasmettitore esterno e nanotrasduttori elettromagnetici, i quali vengono forniti senza intervento chirurgico ai neuroni di interesse. I nanotrasduttori convertiranno i segnali elettrici provenienti dai neuroni in segnali magnetici, che possono essere registrati e elaborati da un trasmettitore esterno, e viceversa, per garantire una comunicazione bidirezionale.
- I ricercatori della Carnegie Mellon University, guidati dal dottor Pulkit Grover, si propongono di sviluppare un dispositivo completamente non invasivo che utilizza un approccio acustoottico per raccogliere segnali dal cervello e campi elettrici per inviarli nuovamente a neuroni specifici. Il team utilizzerà onde ultrasoniche per dirigere la luce all'interno del cervello al fine di rilevare l'attività neuronale. Per trasmettere informazioni al cervello, gli scienziati pianificano di usare la risposta non lineare dei neuroni ai campi elettrici per garantire la stimolazione locale delle cellule target.
- Il team del Laboratory for Applied Physics della Johns Hopkins University, sotto la guida del dottor David Blodgett, sta sviluppando un sistema ottico coerente non invasivo per leggere informazioni dal cervello. Il sistema misurerà le variazioni della lunghezza del segnale ottico nel tessuto nervoso, che correlano direttamente con l'attività neuronale.
- Il team PARC, guidato dal dottor Krishnan Thyagarajan, sta lavorando per sviluppare un dispositivo acustico-magnetico non invasivo per la trasmissione di informazioni al cervello. Il loro approccio combina onde ultrasoniche con campi magnetici per generare correnti elettriche localizzate per la neuromodulazione. Questo approccio ibrido offre la possibilità di modulare aree più profonde del cervello.
- Il team dell'Università Rice, sotto la guida del dottor Jacob Robinson, intende sviluppare un'interfaccia neurale bidirezionale minimamente invasiva. Per ricavare informazioni dal cervello verrà utilizzata la tomografia ottica diffusa per determinare l'attività neuronale, misurando la dispersione della luce nei tessuti nervosi, mentre per trasmettere segnali al cervello il team prevede di utilizzare un approccio magnetogenetico per rendere i neuroni sensibili ai campi magnetici.
- Il team di Teledyne, guidato dal dottor Patrick Connolly, si propone di sviluppare un dispositivo completamente non invasivo e integrato che utilizza magnetometri a pompaggio ottico per rilevare piccoli campi magnetici localizzati che correlano con l'attività neurale, mentre per la trasmissione delle informazioni verrà impiegato un ultrasuono focalizzato.
Durante l'intero programma, i ricercatori si baseranno sulle informazioni fornite da esperti indipendenti in materia legale ed etica, che hanno accettato di partecipare a N3 e di esplorare le potenziali applicazioni delle nuove tecnologie per uso militare e civile. Inoltre, le autorità federali di regolamentazione collaborano con DARPA per aiutare gli scienziati a comprendere meglio quando e in quali circostanze i loro dispositivi potranno essere testati sugli esseri umani.
«Se il programma N3 avrà successo, otterremo sistemi indossabili di interfaccia neurale in grado di connettersi al cervello a distanze di soli pochi millimetri, portando le neurotecnologie al di fuori delle cliniche e rendendole più accessibili per applicazioni pratiche nella sicurezza nazionale», racconta Emondi. «Proprio come i militari indossano equipaggiamento protettivo e tattico, in futuro potranno indossare un auricolare con interfaccia neurale e utilizzare la tecnologia per i loro scopi, per poi semplicemente mettere da parte il dispositivo al termine della missione».
Fonte: 3dnews.ru
