Il brain computer interface (Bci) è l’interfaccia cervello-computer, un sistema che, traducendo l’attività cerebrale in comandi, permette di controllare un dispositivo esterno.
Grazie a questa tecnologia, un gruppo di pazienti non vedenti, affetto da una forma avanzata di degenerazione maculare senile secca, chiamata atrofia geografica (che colpisce oltre 250.000 persone nel Regno Unito e cinque milioni in tutto il mondo), è ora in grado di leggere nuovamente e fare i cruciverba.
Il chirurgo che ha inserito i microchip (un impianto inserito nella parte posteriore dell’occhio) in cinque pazienti presso il Moorfields Eye Hospital di Londra afferma che i risultati della sperimentazione internazionale sono “sorprendenti”.
Ecco di cosa si tratta, come funziona e quali vantaggi offre.
Indice degli argomenti
Cosa sono le brain computer interface e perché le BCI conteranno sempre di più
Il Brain-Computer Interface (BCI), o interfaccia cervello-computer, è una tecnologia che permette una comunicazione diretta tra il cervello umano (o animale) e un dispositivo esterno, come un computer, una protesi o un robot, senza passare per i normali canali neuromuscolari (cioè senza usare i muscoli o i movimenti).
Creando un collegamento diretto tra i segnali elettrici del cervello e un computer o una protesi, le Bci bypassano le normali vie motorie del corpo e aiutano le persone affette da cecità o paralisi a vedere, a comunicare o a recuperare alcuni movimenti. Trovano applicazione in vari campi come la medicina, la ricerca e i videogiochi.
Le BCI (Brain-Computer Interfaces) conteranno sempre di più perché si trovano al crocevia tra neuroscienze, intelligenza artificiale e tecnologia digitale. In altre parole, rappresentano uno dei modi più diretti per integrare l’uomo con la macchina.
Come funzionano
Il funzionamento di un BCI si basa su alcuni passaggi fondamentali: rilevazione dell’attività cerebrale; elaborazione dei segnali; traduzione in comandi; feedback.
Perché saranno sempre più importanti
Le BCI conteranno sempre di più perché rappresentano il ponte definitivo tra cervello umano e intelligenza artificiale, capace di trasformare medicina, comunicazione, lavoro e persino il modo in cui pensiamo.
Le Bci stanno già rivoluzionando la medicina riabilitativa: spaziano dall’impianto retinico che restituisce la vista ai non vedenti agli impianti neurali collegati direttamente alle aree sensoriali del cervello per restituire l’udito.
Il Brain computer interface (Bci) compiono passi avanti nell’ambito dell’integrazione uomo–macchina. Le interfacce cervello-computer rendono possibile una comunicazione più naturale e immediata con la tecnologia:
- controllare computer, droni o robot senza mani né voce.
- interagire con realtà virtuale o aumentata solo con il pensiero.
- migliorare la produttività e l’accessibilità per persone con disabilità.
In prospettiva, potremmo parlare di una fusione tra mente e macchina, dove la tecnologia amplifica le capacità cognitive umane.
Inoltre, le Bci permetteranno l’espansione della cognizione e dell’apprendimento:
- monitorare e migliorare attenzione, memoria e concentrazione;
- creare sistemi di neurofeedback per potenziare l’apprendimento o ridurre stress e ansia;
- in futuro, forse anche trasferire conoscenze o esperienze direttamente tra cervelli: l’idea è oggi sperimentale, ma teoricamente possibile.
Più le Bci compiono passi avanti, più dati i ricercatori otterranno sull’attività cerebrale. L’avanzamento della ricerca neuroscientifica porterà a una comprensione più profonda del cervello umano, dei disturbi neurologici e dei processi mentali complessi, come emozioni, creatività o decisione.
Dalla fantascienza alla realtà clinica
La storia del brain computer interface (Bci) è affascinante. Dagli anni ’50 arriva ai giorni nostri, e in pochi decenni ha trasformato la fantascienza in medicina reale, prima ispirando la scienza, fin quando la scienza ha iniziato a realizzare quelle idee e quei sogni, passo dopo passo.
Le Bci affondano le origini nella fantascienza degli anni ’50–’70, quando nella fantascienza e nella ricerca teorica fanno la loro comparsa romanzi e film che immaginano uomini che controllano macchine con la mente.
Nel frattempo, gli scienziati iniziano a registrare l’attività elettrica del cervello con l’EEG (elettroencefalogramma). Nel 1973, lo studioso Jacques Vidal conia il termine Brain-Computer Interface (Bci) e dimostra che i segnali cerebrali possono comandare un computer.
Sebbene fosse ancora pura sperimentazione, il sogno delle brain computer interface (Bci) iniziava a prendere forma.
Con l’avanzare dell’elettronica e dei computer, negli anni ’80–’90, i ricercatori imparano a riconoscere onde cerebrali specifiche, come quelle legate al movimento o alla concentrazione.
Le prime BCI permettono di muovere un cursore sullo schermo o selezionare lettere. Inoltre sono gli anni dei primi esperimenti su animali: in particolare, scimmie che muovono bracci robotici con l’attività cerebrale.
A quel punto le Bci non sono più fantascienza, ma ricerca di laboratorio.
Dagli anni 2000 ad oggi, progetti come BrainGate dimostrano che persone paralizzate possono controllare un braccio robotico o scrivere testi col pensiero.
Le versioni non invasive (EEG) vengono usate per la riabilitazione motoria dopo ictus o traumi. Impianti più evoluti (come quelli di Neuralink) puntano invece a restituire movimento, parola e vista.
Le BCI cliniche sperimentali trovano applicazione negli ospedali e nei centri di riabilitazione. In questa fase di transizione, stanno passando dal laboratorio alla clinica reale.
Tipologie di interfacce: invasive (corticali) e non invasive (EEG)
Le interfacce cervello-computer (BCI) si dividono principalmente in due grandi categorie, in base a come registrano i segnali cerebrali: invasive (corticali) e non invasive (EEG).
Le BCI invasive prevedono l’impianto diretto di elettrodi nel cervello, a contatto con la corteccia cerebrale. Registrano l’attività dei singoli neuroni o di piccole popolazioni neuronali, con altissima precisione. I vantaggi sono duplici: l’altissima risoluzione spaziale e temporale (registrano segnali neuronali molto precisi) e il fatto che consentono controlli complessi (movimento fine di arti robotici, scrittura col pensiero).Tuttavia, richiedono intervento chirurgico al cervello, rischi di infezione, cicatrici neuronali e degrado dell’impianto nel tempo e costose e ancora limitate alla ricerca clinica.
Le BCI non invasive usano invece sensori posizionati sul cuoio capelluto, senza chirurgia. Misurano l’attività elettrica globale del cervello, in particolare le onde cerebrali (EEG). Sono sicure e non richiedono interventi chirurgici, relativamente economiche e facili da usare, ideali per applicazioni riabilitative, educative o di ricerca cognitiva. Gli svantaggi consistono nella bassa risoluzione (i segnali devono attraversare cranio e pelle, perdendo forza), sensibili a disturbi e rumori elettrici, consentono comandi più semplici (es. muovere un cursore, selezionare opzioni eccetera).
Aree di applicazione iniziali: medicina riabilitativa e protesi
Le Bci stanno già rivoluzionando la medicina riabilitativa:
- l’impianto retinico restituisce la vista ai non vedenti;
- le Bci consentono a persone paralizzate di muovere arti robotici o scrivere con il pensiero;
- aiutano nel recupero post-ictus, stimolando le aree cerebrali coinvolte nel movimento.
- potrebbero restituire l’udito tramite impianti neurali collegati direttamente alle aree sensoriali del cervello.
- in futuro, le BCI potranno essere una nuova forma di terapia neurologica personalizzata.
La nuova era delle BCI: miniaturizzazione e velocità
Miniaturizzazione, banda larga e velocità sono le caratteristiche alla base dell’ascesa delle BCI.
L’esempio più lampante è proprio il caso Neuralink.
L’ascesa di impianti intracorticali: l’esempio di Neuralink
Neuralink è l’esempio più famoso e simbolico dell’“ascesa” delle BCI intracorticali, cioè quelle impiantate direttamente nel cervello.
La startup, fondata da Elon Musk nel 2016, sviluppa impianti cerebrali ad alta risoluzione. Gli impianti neurali avanzati, come quelli sviluppati da Neuralink, sono tipologie di BCI invasive che prevedono microelettrodi impiantati nel cervello, composti di fili sottilissimi e centinaia di canali di registrazione, che offrono la massima precisione, ma comportano rischi chirurgici.
L’obiettivo di Neuralink consiste nel creare un’interfaccia diretta tra cervello umano e computer. Il suo scopo dichiarato è duplice:
- restituire funzioni neurologiche a persone con disabilità o lesioni;
- integrare l’uomo con l’intelligenza artificiale nel lungo periodo.
Il dispositivo, detto Link, è una piccola capsula elettronica (grande circa come una moneta da 2 euro) impiantata nel cranio, da cui partono fili sottilissimi come capelli, chiamati thread, che, penetrando nella corteccia cerebrale, permettono di registrare o stimolare l’attività dei neuroni.
Vantano circa mille canali di registrazione simultanea (molto più di altre BCI), fili flessibili per ridurre i danni ai tessuti cerebrali, trasmissione wireless dei dati a un computer esterno e ricarica induttiva (senza fili).
In parole semplici, registra l’attività elettrica dei neuroni e la traduce in comandi digitali.
Per impiantare i fili nel cervello con estrema precisione, Neuralink ha sviluppato un robot neurochirurgico automatizzato, che inserisce i thread evitando i vasi sanguigni, garantisce un posizionamento micrometrico e riduce i rischi e la durata dell’intervento.
Neuralink rappresenta il passo più audace dell’uomo verso la fusione tra cervello e macchina. È la dimostrazione che le BCI intracorticali non sono più fantascienza, ma una frontiera clinica in rapido avvicinamento.
Punta ad aiutare persone affette da paralisi (per controllare un computer o un braccio robotico con il pensiero), lesioni spinal e cecità (tramite futuri impianti visivi).
Nel 2024, Neuralink ha annunciato il suo primo impianto umano, nel progetto chiamato “Telepathy”, su un paziente con tetraplegia. Il paziente, secondo Elon Musk, è riuscito a muovere un cursore e a digitare col pensiero.
Superare l’ostacolo della banda larga: più elettrodi, più dati
Il tema della banda larga nelle interfacce cervello-computer riguarda quanti dati neurali un impianto può raccogliere, trasmettere e interpretare in tempo reale. Un aspetto cruciale è che più elettrodi equivalgono a più dati, dove un singolo neurone genera decine di impulsi elettrici al secondo (spike).
Nel contesto delle BCI, la “larghezza di banda neurale” indica la quantità di informazioni che il sistema riesce a captare dal cervello e inviare al computer ogni secondo.
L’Integrazione con l’intelligenza artificiale (AI)
L’integrazione tra BCI e intelligenza artificiale (AI) è oggi il cuore del progresso in questo campo.
In sintesi, l’AI è ciò che rende “intelligenti” le interfacce cervello-computer, permettendo di interpretare i segnali neurali e trasformarli in azioni comprensibili.
Poiché i segnali cerebrali sono rumorosi, complessi e altamente variabili da persona a persona, l’AI serve per riconoscere schemi nell’attività cerebrale, decodificare le intenzioni (per esempio, muovere la mano, scrivere, parlare), adattarsi nel tempo al cervello dell’utente.
Senza algoritmi intelligenti, le BCI sarebbero troppo lente e imprecise per un uso reale. Inoltre, una rete neurale profonda può imparare che un certo schema di onde cerebrali corrisponde al pensiero “muovi la mano destra”.
Tipi di AI usati nelle BCI:
- machine Learning classico: SVM, LDA, Random Forest per classificare segnali EEG;
- deep learning: Reti neurali convoluzionali (CNN) o ricorrenti (RNN) per decodificare pattern complessi.
- reinforcement learning: l’AI impara a rispondere ai segnali cerebrali ricevendo feedback dal successo o fallimento del comando.
- generative AI: può “ricostruire” immagini o parole dai pattern cerebrali (es. trasformare pensieri in testo o immagini visualizzate).
L’unione fra BCI ed AI permette oggi la comunicazione neurale diretta per persone paralizzate (es. scrittura o parola sintetizzata dal pensiero) e il controllo preciso di arti robotici o dispositivi. Inoltre questa sinergisa consente interfacce adattive che si “sintonizzano” sullo stato mentale (attenzione, stress, emozione).
Infine il neurofeedback intelligente permette di migliorare concentrazione, apprendimento o meditazione.
Oltre la terapia: espansione nel mercato di consumo
Le BCI (Brain-Computer Interfaces) non stanno più evolvendo solo in ambito clinico o riabilitativo, ma si stanno lentamente espandendo verso il mercato “consumer”, cioè destinato al pubblico generale.
Si spazia dagli impianti retinici alle BCI per l’aumento cognitivo e il benessere. Vediamo nel dettaglio di cosa si tratta.
Visione artificiale e sensorialità ricostruita: impianti retinici
Nel caso dell’impianto che ridà la vista ai non vedenti, la procedura prevede l’inserimento sotto la retina di un minuscolo microchip fotovoltaico di 2 mm quadrati, dello spessore di un capello umano.
I pazienti indossano quindi occhiali con una videocamera incorporata. La videocamera invia un raggio infrarosso di immagini video all’impianto nella parte posteriore dell’occhio, che le invia a un piccolo processore tascabile per essere migliorate e rese più nitide.
Le immagini vengono quindi rinviate al cervello del paziente, attraverso l’impianto e il nervo ottico, restituendogli in parte la vista. I pazienti hanno impiegato mesi per imparare a interpretare le immagini.
Per la ricerca, pubblicata sul New England Journal of Medicine, 38 pazienti affetti da atrofia geografica in cinque paesi europei hanno partecipato alla sperimentazione dell’impianto Prima, prodotto dalla California Biotech Science Corporation.
Dei 32 pazienti a cui è stato impiantato il dispositivo, 27 sono stati in grado di leggere nuovamente utilizzando la loro visione centrale. Dopo un anno, ciò ha comportato un miglioramento di 25 lettere, ovvero cinque righe, sulla tabella ottica.
BCI per l’aumento cognitivo e il benessere
Le BCI potrebbero apportare significativi miglioramenti alla qualità della vita dei pazienti con disturbi mentali, aprendo le porte anche alla cura di condizioni invalidanti e al supporto a patologie degenerative.
Le BCI cognitive, come quelle motorie, possono inoltre promuovere meccanismi di plasticità cerebrale, stimolando una riconfigurazione delle reti neurali, in grado di accompagnare il recupero nella riabilitazione motoria e cognitiva.
Le sfide etiche e regolamentari dell’interfaccia uomo-macchina
Con la crescita delle brain computer interface (Bci) emergeranno nuove questioni, legate alle nuove frontiere etiche e sociali:
- privacy mentale (chi può leggere i tuoi pensieri?).
- manipolazione o hacking neurale.
- disuguaglianze cognitive tra chi può o non può permettersi un impianto.
Per questo le BCI conteranno anche dal punto di vista etico e giuridico, aprendo un nuovo campo di diritti umani: i “neurodiritti”.
Nonostante i progressi, ci sono questioni aperte:
- etiche: privacy dei pensieri, manipolazione mentale, disuguaglianza cognitiva.
- mediche: sicurezza a lungo termine, rigetto, stabilità dei segnali.
- scientifiche: comprensione ancora limitata del linguaggio neurale complesso.
