Il Futuro del Tocco: Potenziare i Sensi Artificiali per gli Utenti BCI

I rapidi progressi tecnologici stanno sempre più riducendo la distanza tra esseri umani e macchine. All’avanguardia di questo progresso c’è un’interfaccia cervello‑computer (BCI), che crea un collegamento di comunicazione diretto tra l’attività elettrica del cervello e un output esterno.

Facilitando la comunicazione tra cervello e computer, la BCI aiuta a ripristinare le capacità delle persone con disabilità fisiche. Converte l’attività nei nostri cervelli in segnali che possono sostituire o migliorare le funzioni corporee, come il movimento muscolare, tipicamente controllato dal cervello. In questo modo, la BCI dimostra un enorme potenziale nel migliorare la qualità della vita delle persone.

In sviluppo da circa mezzo secolo, la BCI ha registrato enormi progressi negli anni, con i ricercatori che ora dimostrano la capacità della tecnologia di ripristinare efficacemente le capacità delle persone con disabilità, come paralisi, deficit motori, difficoltà di linguaggio e sintomi della schizofrenia.

Studi hanno anche dimostrato che l’uso della BCI aiuta le persone con disabilità a provare la sensazione di tatto perduta. Tuttavia, tali sensazioni tattili rimangono imperfette e sono simili tra oggetti con texture o temperature diverse. Ora, gli scienziati stanno cercando di creare un senso del tatto intuitivo.

Il tatto è una parte integrante della nostra vita, aiutandoci non solo a connetterci con gli altri ma anche a raccogliere oggetti e a camminare. Secondo Charles Greenspon, neuroscienziato all’Università di Chicago:

“La maggior parte delle persone non si rende conto di quanto spesso si affidino al tatto invece che alla vista. Se non puoi sentire, devi guardare costantemente la tua mano mentre fai qualsiasi cosa, e rischi comunque di rovesciare, schiacciare o far cadere gli oggetti.”

Per ripristinare la sensazione negli arti protesici, i ricercatori usano piccole array di elettrodi posizionate nelle aree cerebrali responsabili di quella specifica funzione. 

Ciò consente ai partecipanti di muovere gli arti usando un braccio robotico semplicemente pensando al movimento, mentre i sensori su di esso attivano impulsi di attività elettrica nelle regioni del cervello dedicate al tatto. Sebbene gli scienziati potessero evocare sensazioni di tatto, queste erano piuttosto deboli e difficili da localizzare, cioè capire esattamente dove si verificava il contatto.

Ma ora, una ricerca completamente nuova ha permesso agli utenti di interfacce cervello‑computer di progettare esperienze tattili uniche per diversi oggetti mostrati su uno schermo e poi, usando solo la sensazione, indovinare l’oggetto con una certa precisione.

La Sfida dell’Integrazione del Feedback Sensoriale nelle Protesi

Scienziati della University of Pittsburgh School of Medicine hanno raggiunto una svolta che li avvicina allo sviluppo di una BCI che consenta alle persone con tetraplegia, nota anche come quadriplegia, di ripristinare il loro senso del tatto perduto.

La tetraplegia è quando qualcuno perde il movimento sia delle braccia che delle gambe, e spesso anche del tronco, solitamente a causa di un danno al midollo spinale cervicale, ictus o altri danni neurologici.

Il danno interrompe i segnali che permettono al cervello di ricevere e processare informazioni sensoriali come il tatto, risultando nella perdita di sensazione negli arti interessati.

Mentre le protesi forniscono un arto artificiale per sostituire la funzione persa, ciò può essere realizzato solo se forniscono anche una sensazione di tatto, proprio come un arto reale. Le protesi tradizionali si concentravano principalmente sul ripristino del movimento, ma i progressi tecnologici hanno reso possibile avere una sensazione di tatto grazie all’uso di sensori e stimolazione elettrica.

Per ripristinare completamente la funzione persa degli arti, il dispositivo deve essere integrato senza soluzione di continuità con il sistema sensomotorio esistente della persona, che collega percezione e azione umane.

Per raggiungere questo obiettivo, il feedback tattile è di fondamentale importanza. Questa forma di interazione sensoriale con i dispositivi riguarda le esperienze di contatto fisico.

Un modo promettente per fornire questo tipo di feedback è la microstimolazione intracorticale (ICMS) della corteccia somatosensoriale, che può evocare sensazioni localizzate sull’arto paralizzato di una persona. Fornendo informazioni tattili direttamente al cervello, l’ICMS rappresenta un’opzione attraente per persone con amputazione di alto livello o lesioni del midollo spinale.

Tuttavia, raggiungere questo obiettivo non è semplice, ma piuttosto molto difficile a causa della nostra limitata comprensione dell’elaborazione neurale del tatto. Le restrizioni hardware limitano anche la capacità di replicare naturalmente le risposte neurali. Inoltre, lo spazio dei parametri di stimolazione è complesso, e i rapporti sulla misurazione di quanto reale fosse l’esperienza artificiale con la sensazione sono soggetti a bias e difficili da interpretare.

Mentre la posizione e l’intensità del tatto evocato tramite microstimolazione della corteccia somatosensoriale possono essere trasmesse in modo affidabile, ci sono problemi nello sviluppare sensazioni naturali più complesse, che coinvolgono tecniche insufficienti per scansionare efficacemente un ampio spazio di stimoli e problemi nell’analisi della qualità percettiva.

La maggior parte degli studi che hanno esplorato la psicofisica dell’ICMS hanno manipolato un parametro di stimolazione alla volta. La maggior parte di questi studi è stata condotta su primati non umani che non possono verbalizzare le sensazioni provate.

C’è semplicemente la necessità di metodi più efficienti per esplorare la qualità delle sensazioni evocate tramite ICMS.

Quindi, nello studio più recente, una collaborazione tra Pitt e l’Università di Chicago, gli scienziati hanno presentato un’interfaccia che affronta le sfide della creazione di sensazioni naturalistiche complesse.

Lo studio ha osservato che, con le persone che alla fine dovranno usare BCI a ciclo chiuso nella vita quotidiana, è importante investigare l’uso funzionale e l’esperienza delle sensazioni evocate dall’ICMS.

Tuttavia, il campione di partecipanti disponibile in tali ricerche è limitato. Sono disponibili solo circa sette persone con impianti intracorticali bidirezionali nella loro corteccia somatosensoriale e motoria, e lo studio ne ha incluso tre.

Consentire agli Utenti BCI di Definire la Loro Esperienza Sensoriale

L’interfaccia creata dagli scienziati è stata usata da tre individui maschili con tetraplegia per progettare le loro sensazioni per diversi oggetti virtuali.

Le sensazioni tattili artificiali sono state progettate per rappresentare interazioni con un gatto, una mela, una chiave, un asciugamano e una fetta di pane tostato. Questi oggetti sono stati scelti per la loro gamma di dimensioni tattili, inclusi familiarità, gradevolezza, temperatura, micro e macro texture, umidità, attrito e conformità.

I partecipanti hanno usato la funzione residua nella loro mano sinistra per interagire con l’interfaccia tablet che generava sensazioni di “tatto” sulla superficie del palmo.

Mentre esploravano gli oggetti tramite il loro tatto artificiale, i partecipanti hanno descritto la freschezza rotonda di una mela, la superficie liscia e rigida di una chiave da porta e il pelo caldo di un gatto. Questo è completamente diverso dagli esperimenti precedenti, in cui il tatto artificiale spesso si percepiva come formicolio o vibrazione, senza nemmeno variare da un oggetto all’altro.

Ciò che ha distinto questo esperimento dalla ricerca precedente è stato il fatto che i partecipanti controllavano la propria stimolazione e potevano esplorare attivamente un oggetto presentato visivamente. 

Nella stimolazione passiva, dove non c’è visione né esplorazione, le persone solitamente segnalano sensazioni a livello cutaneo come pressione o vibrazione. Ciò avviene perché l’attenzione dei partecipanti è focalizzata sul proprio corpo. 

Al contrario, i partecipanti in esplorazione attiva sono probabilmente focalizzati sul mondo esterno. Pertanto, interpretano la stessa percezione come sensazioni orientate all’oggetto, come la ruvidità. Questo potrebbe spiegare perché i partecipanti allo studio più recente hanno riferito spontaneamente più descrittori di sensazioni orientate all’oggetto.

Questa capacità dei partecipanti di controllare la presentazione della stimolazione “toccando” un oggetto mostrato sul tablet ha aiutato a creare un contesto sperimentale più realistico. Qui, le sensazioni sperimentate non erano il risultato di stimolazioni guidate dallo sperimentatore senza un contesto significativo, ma piuttosto di movimenti esplorativi mirati.

Gli scienziati hanno praticamente dato agli utenti BCI il controllo sui dettagli della stimolazione elettrica che crea le sensazioni tattili, invece di prendere queste decisioni loro, permettendo loro di ricreare una sensazione di tatto che percepivano come intuitiva. Secondo l’autrice principale Ceci Verbaarschot, ex borsista postdoc presso i Pitt Rehab Neural Engineering Labs e attualmente assistente professore di chirurgia neurologica e ingegneria biomedica all’Università del Texas‑Southwestern:

“Il tatto è una parte importante della comunicazione sociale non verbale; è una sensazione personale che porta molto significato.” 

“Progettare le proprie sensazioni permette agli utenti BCI di rendere le interazioni con gli oggetti più realistiche e significative, avvicinandoci alla creazione di un neuroprotesi che sia piacevole e intuitiva da usare.”

Ricostruire la Realtà Sensoriale Solo dall’Input Neurale

Durante lo studio, mentre cercavano il tatto perfetto, gli scienziati hanno chiesto ai partecipanti BCI di trovare prima una combinazione di parametri di stimolazione che sembrasse toccare una fetta di pane tostato, un asciugamano, una chiave, una mela o un gatto.

Nel frattempo, gli utenti esploravano l’oggetto presentato digitalmente. I partecipanti allo studio hanno descritto gli oggetti con termini vividi, il che era soggettivo. Ad esempio, un partecipante ha descritto il gatto come setoso e liscio, mentre l’altro lo ha descritto come tappeto e caldo. Poi le immagini sono state rimosse e, usando solo la loro stimolazione, hanno dovuto riconoscere gli oggetti.

Per simulare l’esperienza di “tocco” per gli utenti BCI, lo studio ha stimolato tre elettrodi in sequenza. Ciascuno di questi elettrodi, attivato dal contatto con diverse regioni dell’oggetto, ha evocato una sensazione in un’area adiacente della mano.

I partecipanti sono stati in grado di identificare accuratamente uno dei cinque oggetti senza alcun indizio visivo il 35% delle volte, il che è significativamente sopra il caso ma necessita di notevoli miglioramenti. Tuttavia, la confusione tra due sensazioni è aumentata per gli oggetti che condividevano più caratteristiche tattili.

“Abbiamo progettato questo studio per puntare alla luna e l’abbiamo messo in orbita. I partecipanti hanno avuto un compito davvero difficile nel distinguere gli oggetti solo tramite la sensazione tattile, e sono stati abbastanza riusciti in questo.”

– Autore senior dello studio Robert Gaunt, Ph.D., professore associato di medicina fisica e riabilitazione a Pitt

Gaunt ha sottolineato che anche gli errori erano “prevedibili”, poiché è più difficile distinguere un asciugamano da un gatto, entrambi morbidi, mentre la confusione era meno probabile tra un gatto e una chiave.

Nel complesso, lo studio ha ritenuto promettente che i partecipanti fossero in grado di creare sensazioni distinte degli oggetti anche in un ambiente complesso con un ampio spazio di parametri.

Ha concluso che la microstimolazione nella corteccia somatosensoriale può stimolare percezioni intuitive con varie proprietà tangibili. Stimoli più complessi “sbloccano uno spazio percettivo più ampio che può consentire alle persone di distinguere oggetti percepiti artificialmente con maggiore precisione e intuizione,” ha affermato.

Questo è un passo importante verso la creazione di un arto artificiale che si integra perfettamente con il mondo sensoriale unico di ciascun individuo.

Un Interesse Crescente nel Raffinare il Tocco Artificiale nelle BCI

Nel mondo delle BCI, attualmente c’è un interesse crescente nel rendere il tatto più intuitivo. Solo quest’anno, diversi ricercatori hanno fatto progressi su bracci protesici robotici e BCI per ripristinare il controllo motorio e la sensazione di tatto.

Il neuroscienziato Greenspon e il suo team hanno affrontato le attuali limitazioni nella creazione di sensazioni tattili naturali negli arti artificiali concentrandosi sul garantire che le sensazioni di tatto stimolate elettricamente siano precisamente localizzate, stabili e sufficientemente forti per l’uso quotidiano.

Per questo, hanno inviato brevi impulsi a elettrodi individuali nei centri del tatto. Poi, i partecipanti hanno segnalato la posizione e l’intensità di ogni sensazione percepita, contribuendo a creare una mappa completa delle regioni cerebrali per parti specifiche del corpo.

Il test ha mostrato che stimolare due elettrodi molto vicini insieme ha fatto percepire ai partecipanti un tatto più forte e più chiaro.

Il documento complementare ha lavorato per rendere il tatto artificiale più intuitivo e immersivo posizionando gruppi di elettrodi con localizzazioni sensoriali sovrapposte. Questo ha generato sensazioni descritte dai partecipanti come un delicato tocco scorrevole, anche se lo stimolo fornito era in piccoli passi discreti.

L’attivazione sequenziale degli elettrodi ha inoltre migliorato la capacità dei partecipanti di distinguere forme tattili complesse e rispondere ai cambiamenti negli oggetti toccati, avvicinando il feedback bionico alle capacità complesse e precise del tatto naturale.

“Abbiamo trasmesso sensazioni tattili relative a orientamento, curvatura, movimento e forme 3D per un partecipante che utilizza un arto bionico controllato dal cervello. Siamo a un altro livello di tatto artificiale ora. Riteniamo che questa ricchezza sia cruciale per raggiungere il livello di destrezza, manipolazione e un’esperienza tattile altamente dimensionale tipica della mano umana.”

– Autore principale dello studio Giacomo Valle, Professore Assistente presso la Chalmers University of Technology.

Nel frattempo, gli scienziati del Max Planck Institute for Intelligent Systems hanno inventato dispositivi indossabili che possono fornire sensazioni tattili espressive come un tocco calmante, pressione sulla pelle e vibrazioni a frequenze ampie, superando le capacità dei dispositivi attuali. 

Per ampliare le sensazioni aptiche, hanno sviluppato indossabili cutanei elettroidraulici (CUTE) azionati elettricamente che possono essere personalizzati per fornire molteplici tipi di tocchi modificando la tensione nel tempo.

“I nostri dispositivi CUTE dimostrano la fattibilità di creare sistemi indossabili leggeri che forniscono una comunicazione tattile piacevole ed espressiva. Sviluppi futuri potrebbero vedere questa tecnologia applicata a aree più ampie del corpo, producendo sensazioni più complesse e persino studiando la percezione umana di segnali aptici precedentemente difficili da creare.”

– Prima autrice Natalia Sanchez, dottoranda presso MPI‑IS

Investire nello Spazio delle Interfacce Cervello‑Computer

La maggior parte delle aziende che lavorano su interfacce cervello‑computer è ancora privata, il che rende difficile per gli investitori ordinari ottenere esposizione. ClearPoint Neuro è una delle poche eccezioni pubbliche. Non costruisce BCI direttamente, ma i suoi strumenti chirurgici guidati dalla risonanza magnetica sono già utilizzati negli ospedali per impiantare dispositivi neurali. Questo la rende un attore dietro le quinte che aiuta a spingere il settore in avanti — e un’opportunità rara per investire in questo spazio attraverso il mercato pubblico.

ClearPoint Neuro Inc. (CLPT )

ClearPoint Neuro, un’azienda che abilita la terapia genica, è specializzata nella navigazione precisa verso il cervello e la colonna vertebrale. Fornendo piattaforme che facilitano il posizionamento preciso dei dispositivi nel cervello, la sua tecnologia svolge un ruolo importante nello sviluppo e nell’implementazione dei sistemi BCI e ne avanza le applicazioni.

Con oltre 50 partner nel BioPharma e più di 75 centri di neurochirurgia a livello globale, ClearPoint è ben posizionata per crescere in questo settore emergente.

Con una capitalizzazione di mercato di 387 milioni di dollari, le azioni della società sono attualmente scambiate a 13,86 $, in calo del 9,75 % finora quest’anno. Il suo EPS (TTM) è -0,70 e il P/E (TTM) è -19,68, mentre non viene offerto alcun dividendo agli azionisti.

Per quanto riguarda i dati finanziari dell’azienda, ClearPoint ha riportato un fatturato di 31,4 milioni di dollari per l’anno 2024. Con un aumento del 31 % rispetto all’anno precedente, l’azienda ha registrato il decimo anno consecutivo di crescita. Durante questo periodo, ha anche raggiunto un margine lordo del 61 % sulle vendite, un aumento del 4 % rispetto all’anno precedente.

Questa è stata la “performance finanziaria e strategica più forte”, ha dichiarato il CEO Joe Burnett, aggiungendo: “Molto importante, sentiamo di aver iniziato la prossima fase di ClearPoint come azienda, una fase che chiamiamo ‘Fast. Forward.’”

Avendo effettuato un rimborso anticipato su una nota convertibile da 10 milioni di dollari, l’azienda non aveva debiti in sospeso alla fine dell’anno. Il cash burn durante questo periodo è stato di 9 milioni di dollari, il 35 % in meno rispetto a quanto ClearPoint ha speso nel 2023. Al 31 dicembre 2024, l’azienda disponeva di liquidità e equivalenti per 20,1 milioni di dollari.

Più recentemente, l’azienda ha presentato una domanda alla FDA per ampliare l’uso del suo ClearPoint Prism Neuro Laser Therapy System per MRI. Questa mossa potrebbe potenzialmente aprire il mercato statunitense della Terapia Termica Interstiziale (LITT), attualmente inaccessibile, all’azienda.

Ultime Notizie su Clearpoint Neuro Inc.

Conclusione

Con la loro capacità di determinare la nostra intenzione di muovere o controllare qualcosa nel nostro ambiente direttamente dall’attività cerebrale, le interfacce cervello‑computer (BCI) mostrano un immenso potenziale nel rivoluzionare il modo in cui gli esseri umani, in particolare le persone con disabilità, interagiscono con la tecnologia e con il mondo che li circonda. Le BCI consentono praticamente agli utenti di controllare i dispositivi usando solo i loro pensieri.

Lo studio del Pitt Med, che permette agli utenti di creare i propri ambienti tattili, segna un importante passaggio dal semplice ripristino della funzione al ripristino dell’esperienza. Dimostra che le protesi possono essere più di semplici strumenti; possono effettivamente essere estensioni del sé.

Questo è ancora l’inizio, però, con ampio margine di miglioramento. Tuttavia, man mano che i sistemi BCI evolvono, la linea tra sensazione artificiale e biologica continuerà a sfumare, e con essa, capacità avanzate che rimodelleranno il nostro modo di percepire, interagire e persino definire la coscienza.

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Studi citati:

1. Verbaarschot, C., Karapetyan, V., Greenspon, C. M., Cramer, A., van der Kouwe, A., Wendelken, S., … & Andersen, R. A. (2025). Trasmettere le caratteristiche tattili degli oggetti attraverso microstimolazione intracorticale personalizzata della corteccia somatosensoriale umana. Nature Communications, 16, 4017. https://doi.org/10.1038/s41467-025-58616-6