Interfacce cerebrali a ultrasuoni: possiamo solo inviare segnali o anche leggerli?

La tua intuizione è corretta solo in parte: le interfacce cervello-computer (BCI) a ultrasuoni non invasive non sono semplicemente un sistema per "bombardare" il cranio con onde sonore. Esiste anche una direzione di ricerca che utilizza l'imaging funzionale a ultrasuoni per leggere l'attività cerebrale. Tuttavia, se prendiamo come parametro un'interazione bidirezionale "stabile, in tempo reale, ad alta larghezza di banda e utilizzabile a lungo termine", dobbiamo ammettere che le BCI non invasive bidirezionali sono ancora in una fase di ricerca e validazione iniziale. Non possono essere equiparate a un'interfaccia cervello-macchina matura e pienamente funzionante.

Punti chiave

• Gli ultrasuoni possono "scrivere" nel cervello: La stimolazione transcranica a ultrasuoni focalizzati (tFUS) rappresenta una forma di neuromodulazione non invasiva, capace di influenzare l'attività neurale sia a livello corticale che nelle regioni cerebrali più profonde.

• Gli ultrasuoni possono anche "leggere" l'attività cerebrale: L'imaging funzionale a ultrasuoni (fUS) è una tecnica studiata proprio per osservare l'attività del cervello attraverso le onde sonore, ed è considerata un potenziale canale di lettura per le BCI non invasive del futuro.

• Quindi, affermare che "gli ultrasuoni possono solo entrare senza restituire informazioni" non è accurato: Esistono già revisioni scientifiche e studi che discutono simultaneamente l'imaging funzionale cerebrale a ultrasuoni, la neuromodulazione ultrasonica e i sistemi di neuromodulazione a circuito chiuso basati su elettroencefalografia (EEG).

• Ma "poter leggere" non equivale ad avere una "lettura BCI matura": Le attuali BCI non invasive soffrono ancora di limiti prestazionali, come un alto tasso di errore. Per questo motivo, alcuni studi stanno esplorando l'uso della tFUS per modulare le aree cerebrali legate all'attenzione, con l'obiettivo di migliorare le performance delle BCI visuo-motorie.

• I sistemi bidirezionali sono già realtà... in laboratorio: Un recente studio ha riportato, per la prima volta, l'integrazione della stimolazione a ultrasuoni focalizzati con algoritmi di machine learning per decodificare le onde cerebrali, realizzando una funzionalità BCI bidirezionale su 25 soggetti umani. Questo risultato, per quanto straordinario, va considerato più come un avanzamento scientifico che come una capacità di prodotto commerciale già disponibile.

Come esprimere il concetto in modo più accurato

• Se dici che molte delle attuali BCI a ultrasuoni si concentrano principalmente sulla stimolazione o modulazione non invasiva, hai perfettamente ragione.

• Se affermi che tutte le BCI a ultrasuoni sono solo in grado di inviare segnali in modo unidirezionale e non possono leggere informazioni dal cervello, stai diffondendo un'informazione inesatta.

• Se dici che al momento, le BCI bidirezionali non invasive sono ancora poco mature e lontane da una reale interazione uomo-macchina ad alte prestazioni e in tempo reale, stai dando un giudizio molto più preciso e realistico.

In sintesi

La strada tecnologica degli ultrasuoni offre potenzialmente sia la direzione di "lettura" che quella di "scrittura": la scrittura avviene tramite la stimolazione transcranica a ultrasuoni, mentre la lettura si basa sull'imaging funzionale a ultrasuoni o su sistemi a circuito chiuso che integrano altri segnali come l'EEG. La maggior parte delle attuali BCI non invasive, tuttavia, non opera ancora come un'interfaccia bidirezionale matura. Siamo in una fase in cui le applicazioni sono prevalentemente unidirezionali, con i sistemi bidirezionali a circuito chiuso che stanno muovendo i primi passi nella validazione sperimentale.