La ricerca del nostro laboratorio, Università degli Studi di Trieste - 
Centro interdipartimentale per le Neuroscienze BRAIN - è incentrata su un sistema Brain Computer Interface (BCI), che permette di comandare direttamente dei dispositivi esterni, come un computer o una sedia a rotelle, tramite l’attività del proprio cervello. Questa tecnologia può essere molto utile per le persone con disabilità motorie (pazienti con un infarto cerebrale, con lesioni spinali, affetti da sclerosi laterale amiotrofica o altre malattie neurodegenerative), perché permette di comunicare e interagire con l’ambiente esterno senza coinvolgere nervi e muscoli.
La BCI si compone di tre fasi in cui i segnali cerebrali vengono acquisiti, elaborati e, infine, convertiti in comandi per il controllo di un dispositivo. Tramite l’elettroencefalografia viene registrata l’attività della corteccia cerebrale, della quale vengono poi identificati i segnali correlati a compiti specifici, come il movimento di una mano. Successivamente questi segnali vengono accoppiati a dei comandi. Per spiegare meglio questo sistema, faccio un esempio:
Quando si immagina di chiudere la mano destra, si riscontra uno specifico segnale cerebrale che può essere discriminato dagli altri, e la BCI può abbinare questo segnale, ben definito, al comando “sposta il cursore del desktop a destra”. In questo modo, ogni volta che il soggetto vuole spostare il cursore verso destra deve solo immaginare di chiudere la mano dello stesso lato, e dopo diverse prove riuscirà a muoverlo solo con il pensiero.
Ad ogni segnale discriminato e ben diverso dagli altri si può accoppiare un comando, aumentando così i gradi di libertà di un dispositivo. In questo modo, per esempio, si può controllare il movimento di un arto artificiale.
Esiste un altro tipo di applicazione della BCI, usato soprattutto nel campo della comunicazione. Su uno schermo si proietta una tastiera virtuale, le cui righe e colonne vengono illuminate in modo casuale e il soggetto deve contare quante volte la lettera di suo interesse viene illuminata. In questo modo, ogni volta che si presenta il carattere interessato, nel soggetto appare un chiaro segnale cerebrale che viene rilevato dalla BCI. La colonna e la riga contenenti la lettera, che hanno stimolato l’apparizione del segnale, vengono quindi identificate e incrociate, ottenendo il carattere. Questo sistema di scrittura purtroppo è molto lento, ma può essere modificato usando comandi anziché lettere.
I nostri ricercatori stanno studiando come applicare la BCI nel campo della comunicazione, dell’intrattenimento e del gioco, anche con fine terapeutico, per migliorare la qualità di vita dei pazienti con paralisi parziali o totali, compresi quelli detti “locked in”, che sono completamente imprigionati nel proprio corpo potendo, a stendo, muovere gli occhio e le palpebre. Questi pazienti hanno un cervello ancora vivo, attivo, ma che non può più esprimersi, ed è spesso costretto a ore interminabili di inattività. Il gruppo di ricerca Brainew tiene in considerazione questa problematica, e sta studiando come mantenere vivace il cervello dei pazienti in modo divertente e soprattutto utile, attraverso applicazioni della BCI che permettano loro di comunicare e interagire nuovamente con il mondo.
Soprattutto per i pazienti “locked in” si vuole ottimizzare una tastiera virtuale, ad esempio presentando un multi-menù, che suddivide in sezioni i diversi argomenti e utilizza frasi stereotipate, riducendo così il numero di selezioni necessarie per comunicare un’intenzione, un interesse, un bisogno. La comunicazione diventa più rapida e semplice. Un altro punto che si vuole sviluppare riguarda come velocizzare il sistema di scrittura della BCI agendo su algoritmi sviluppati appositamente, in modo da consentire anche una comunicazione più articolata e complessa.
Dato che queste persone sono spesso confinate in una stanza per la maggior parte del tempo, si vuole utilizzare la BCI per permettere loro di controllare un robot con videocamera e microfono, in modo che possano farlo muovere esplorando i diversi ambienti della propria casa. Il comando di un “avatar” permette di oltrepassare i muri della propria stanza e di interagire con i propri cari, anche se indirettamente. Come dice una nostra ricercatrice: “Un paziente può guardare i suoi bambini mentre giocano anche se è bloccato in un’altra stanza”.
I nostri ricercatori stanno studiando dei mezzi che permettano ai pazienti con paralisi di interagire di nuovo con ciò che li circonda, e che al tempo stesso siano divertenti, in modo che diventino un gioco oltre che una necessità. I pazienti paralizzati hanno spesso il cervello ancora sano, e la loro mente è rimasta isolata a causa dell’immobilità del loro corpo. La nostra ricerca può aiutare queste menti a restare vivaci e ad esprimersi, superando i limiti del corpo.
La ricerca sulla BCI e sulle sue applicazioni viene condotta da due anni nel nostro labotarorio, che è dell’Università degli Studi di Trieste e del centro interdipartimentale per le Neuroscienze BRAIN (Basi Research And Integrative Neuroscience).
Partecipano al progetto:
Dottoressa Joanna Jarmolowska, secondo anno di dottorato in Neursoscienze presso il centro interdipartimentale BRAIN di Trieste. Dirige la ricerca del progetto BRAINEW.
Professore Piero Paolo Battaglini, insegna all’Università degli Studi di Trieste e coordina l’attività dei diversi collaboratori che partecipano al progetto.
Dottor Pierpaolo Busan, dottorato in Neuroscienze all’Università degli Studi di Trieste, ora frequenta la Scuola di Specializzazione in Neuropsicologia nella stessa struttura. Partecipa all’attività di ricerca.
Dottor Marcello Turconi, laureato in Neuroscience Master Degree, ha condotto la tesi sulla BCI e ora continua a collaborare nella ricerca.
Dottor Pierluigi D’Antrassi, studente della laurea specialistica di Ingegneria Clinica dell’Università degli Studi di Trieste, è un esperto di informatica e partecipa all’attività di ricerca.
Dottoressa Elena Milani, studentessa del Neuroscience Master Degree, collabora come coordinatrice della comunicazione e della divulgazione delle attività condotte dai ricercatori.
Hanno collaborato come tesisti della laurea triennale o tirocinanti: Marta Calò e Jacopo Fornasin.
