Uno “scanner” leggera’ la mente e ne fara’ dei film

E’ quanto sostiene l’equipe del prof. Jack Gallant dell’università di Berkeley, in California, che ha messo a punto la prima apparecchiatura RMN al mondo in grado di trasformare pensieri e sogni in immagini. Gli scienziati sono convinti che lo strumento permetterà di comprendere cosa avviene nel cervello di chi non può comunicare verbalmente.

Ricordate il film Inception dove il principale protagonista, Leonardo di Caprio, interpreta la figura di Dominic “Dom” Cobb, un professionista che si occupa di “estrarre” segreti dalle menti delle persone mentre queste dormono, infiltrandosi nei loro sogni tramite un apparecchio a timer in suo possesso? Ebbene non ci crederete, ma un gruppo di scienziati  dell’Università di Berkeley, in California, è riuscito in un’impresa simile.

 

Dopo aver misurato con uno scanner per risonanza magnetica il flusso sanguigno all’interno della corteccia visiva, un’area del cervello altamente specializzata nell’elaborazione dell’informazione riguardante la forma e collocazione di oggetti statici nonché il loro movimento nel campo visivo, gli studiosi sono riusciti a decifrare l’attività cerebrale e a utilizzare poi le “informazioni in chiaro” per costruire dei modelli visivi. Per farla breve si tratta di un sofisticatissimo processo che coniuga i principi della MRI (Risonanza Magnetica per Immagini) e fMRI (Risonanza Magnetica Funzionale), due tecniche di generazione immagini, fino a oggi utilizzate prevalentemente per scopi diagnostici in campo medico, basate sul principio fisico della RMN (Risonanza Magnetica Nucleare). La prima fornisce l’aspetto delle strutture cerebrali, mentre la seconda permette di mappare quali aree del cervello si attivano durante l’esecuzione di un determinato compito, come: parlare, muovere una mano, ecc.

Lo scanner è costituito da un enorme magnete e da bobine in grado di emettere e ricevere onde elettromagnetiche. Il tutto è racchiuso all’interno di un contenitore cavo, di forma cilindrica. Il  volontario viene fatto sdraiare supino su un lettino e introdotto all’interno dell’involucro dove assiste alla “proiezione” di un filmato. Per migliorare la  qualità dell’immagine, sulla testa viene appoggiata una bobina di superficie a forma di casco. Il capo viene poi posizionato al centro del magnete dove il tessuto cerebrale viene esposto a un campo magnetico e a brevi sequenze di onde radio. Queste fanno oscillare  le molecole nei tessuti che a loro volta emettono dei segnali, cioè “risuonano”. I segnali emessi vengono rilevati e successivamente analizzati da un computer. Come già detto all’inizio, quando eseguiamo un determinato compito (movimento di una gamba, lettura di una frase, osservazione di un oggetto), vengono “reclutate” delle specifiche aree cerebrali. Se siamo intenti a guardare delle fotografie o dei filmati, ad esempio, la parte del cervello che viene attivata è la corteccia visiva.

L’attivazione corticale è associata con l’afflusso di emoglobina ossigenata in eccesso. L’ossiemoglobina, non paramagnetica, espelle la deossiemoglobina paramagnetica dai capillari e dalle venule in prossimità dei distretti attivi, e in questo modo viene variato il rapporto tra ossiemoglobina e deossiemoglobina presenti nei distretti reclutati dall’attivazione. Tale variazione viene rivelata dal segnale di risonanza magnetica. Il segnale BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent) viene determinato dalla variazione delle proporzioni tra ossi- e deossiemoglobina nel sangue che irrora la corteccia e tradotto preliminarmente in tanti piccoli cubi tridimensionali meglio conosciuti come pixel volumetrici o voxel.  Queste immagini “grezze” vengono elaborate da un software in grado di associare i modelli visivi dei film con le variazioni di ossigeno nell’area cerebrale attivata, restituendo a video l’istantanea “catturata” nella mente dell’individuo. Il tutto basandosi su un complesso algoritmo che, tra i tanti dati, contiene anche  diciotto milioni di secondi di video selezionati casualmente da You Tube, per prevedere l’effetto di ogni filmato sull’attività cerebrale.

Al momento questa tecnologia è solo sperimentale ed è in grado di riconoscere e ricostruire soltanto ciò che è stato visto; l’esperimento, infatti, consisteva nel far guardare a dei soggetti due serie distinte di “movie trailers” hollywoodiani registrando i segnali cerebrali generati dalla visione e interpretandone i dati per risalire al filmato visionato. Tuttavia, secondo Jack Gallant,  professore del dipartimento di Bioingegneria dell’Università di Berkeley, la scoperta apre la strada alla riproduzione dei “film” racchiusi nella nostra mente, come i sogni e ricordi. «Questo rappresenta un passaggio molto importante verso la ricostruzione di immagini interne» ha affermato il neuroscienziato americano. I ricercatori sono infatti convinti che lo strumento potrà essere di grande aiuto per capire cosa accade nel cervello di chi non ha la possibilità di comunicare verbalmente: vittime di ictus, pazienti in coma da anni o sofferenti di malattie neuro-degenerative.

Gli esperti tuttavia avvertono che saranno necessari ancora 10 anni o forse più prima che questa nuova tecnologia possa essere commercializzata o messa a disposizione delle strutture sanitarie: «dobbiamo prima capire come il cervello elabora queste esperienze visive dinamiche», ha detto Shinji Nishimoto, uno degli scienziati coinvolti nello studio.

L’entusiasmo per il grande risultato raggiunto, tuttavia, si deve al fatto che fino a qualche mese fa l’equipe del professor Gallant era in grado di interpretare solo i segnali cerebrali generati dalla visione di immagini statiche, per la precisione una serie di fotografie in bianco e nero che erano state sottoposte in visione a un gruppo di volontari. Adesso invece i ricercatori hanno fatto un grande balzo in avanti riuscendo a decodificare i segnali del cervello generati da figure in movimento. «Abbiamo realizzato un modello per ogni voxel che descrive come le informazioni di forma e movimento del film vengano mappate dall’attività cerebrale» ha aggiunto Nishimoto.

Questa nuova tecnologia potrebbe costituire il trampolino di lancio per lo sviluppo di un’interfaccia macchina-cervello che consenta, alle persone completamente paralizzate, di utilizzare un computer (o altre apparecchiature comandate per mezzo di un elaboratore elettronico) con l’ausilio della mente.

 

di Roberto Mattei

 

25 settembre 2011

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