Il Futuro in un Chip: arriva BISC, l’interfaccia Cervello-Macchina sottile come un capello (e Wireless)

Dimenticate i cyborg ingombranti e i cavi che escono dal cranio. La nuova frontiera della neurotecnologia parla la lingua dei semiconduttori e promette di far dialogare il nostro cervello con l’IA a una velocità mai vista prima.

Se c’è una cosa che la storia dell’economia e della tecnologia ci ha insegnato, è che la miniaturizzazione è la chiave di volta per l’adozione di massa. Lo abbiamo visto con i computer, passati dalle dimensioni di una stanza al palmo della nostra mano, e ora sembra essere arrivato il momento della neurotecnologia. Un team di ricerca guidato dalla Columbia University, in collaborazione con giganti accademici come Stanford e UPenn, ha appena svelato qualcosa che potrebbe far impallidire le attuali interfacce cervello-computer (BCI): il sistema BISC (Biological Interface System to Cortex).

Non stiamo parlando della solita ricerca incrementale. Qui siamo di fronte a un cambio di paradigma: un chip sottile come un foglio di carta velina, completamente wireless, capace di gestire una mole di dati impressionante. E no, non serve per scaricare le abilità di Kung Fu come in Matrix – almeno non ancora – ma per restituire la vista, la parola e il movimento a chi li ha persi.

Come si presenta l’interfaccia

Dalla “Scatola” al Chip: La Legge di Moore entra nel Cervello

Fino ad oggi, le interfacce neurali avevano un problema di “ingombro logistico”. Immaginate di dover installare un modem degli anni ’90 dentro il corpo umano. La maggior parte dei sistemi attuali richiede contenitori di elettronica voluminosi, spesso impiantati nel torace (simili ai pacemaker) con fili che corrono sotto la pelle fino al cervello, oppure richiedono perforazioni craniche permanenti per il passaggio dei cavi. Una soluzione efficace, certo, ma invasiva e tecnicamente limitata.

Il BISC ribalta il tavolo. Come spiega Ken Shepard, professore di ingegneria biomedica alla Columbia, il team ha applicato la logica dei semiconduttori alla medicina:

“La tecnologia dei semiconduttori ha permesso alla potenza di calcolo di computer grandi come stanze di stare nelle nostre tasche. Ora stiamo facendo lo stesso per gli impianti medici, permettendo a elettroniche complesse di esistere nel corpo occupando quasi nessuno spazio.”

Il risultato è un singolo circuito integrato CMOS (la stessa tecnologia dei processori dei vostri PC), assottigliato fino a 50 micrometri. Per intenderci, è spesso quanto un capello umano e ha un volume totale di circa 3 mm³. Non è un corpo estraneo rigido che penetra la materia grigia, ma una sorta di pellicola flessibile che si adagia sulla superficie del cervello come un pezzetto di carta bagnata.

I Numeri che Contano: Potenza e Larghezza di Banda

In economia, come nella tecnologia, i dati sono il nuovo petrolio. E il BISC è un oleodotto ad altissima capacità. La vera rivoluzione non è solo nelle dimensioni, ma in ciò che questo “francobollo” di silicio riesce a fare.

Ecco una rapida analisi tecnica delle specifiche che rendono il BISC unico nel suo genere:

• Elettrodi: Il chip ospita 65.536 elettrodi. Un numero spropositato se confrontato con le poche centinaia delle tecnologie standard attuali.

• Canali di Registrazione: 1.024 canali simultanei per ascoltare l’attività cerebrale.

• Stimolazione: 16.384 canali capaci di “scrivere” o stimolare il cervello (cruciale per ridare la vista o bloccare crisi epilettiche).

• Trasmissione Wireless: Utilizza un collegamento radio a banda ultra-larga che raggiunge i 100 Mbps.

Perché questi 100 Mbps sono importanti? Perché il cervello è rumoroso e complesso. Per decodificare un pensiero, un’intenzione motoria o un segnale visivo con l’ausilio dell’Intelligenza Artificiale, serve “ascoltare” un coro di migliaia di neuroni in alta definizione, non un semplice segnale on/off. Il BISC offre una larghezza di banda 100 volte superiore a qualsiasi altra BCI wireless esistente.²

(A) Schema concettuale dell’impianto BISC e della stazione di trasmissione. Il modulo di testa della stazione di trasmissione fornisce alimentazione wireless e comunicazione bidirezionale dall’esterno del corpo. Il modulo di testa si collega al modulo processore (non mostrato) tramite cavo HDMI. (B) Schema dell’intero sistema. L’impianto è composto da quattro moduli principali: front-end analogico (AFE) per la registrazione e la stimolazione; alimentazione wireless per il trasferimento di energia tramite un collegamento induttivo; ricetrasmettitore wireless per la telemetria bidirezionale dei dati; controller per la configurazione dell’AFE e la pacchettizzazione dei dati. Il modulo headstage riceve un clock dal modulo processore; i dati vengono trasferiti tra i moduli headstage e processore, con il modulo processore controllato da un computer tramite cavo o wireless mediante API Python/RESTful. (C) Flessibilità meccanica dell’impianto BISC. (D) Layout dell’impianto BISC. (E) Immagine al microscopio elettronico a scansione (SEM) degli elettrodi TiN. (F) Confronto tra il nostro lavoro e altri dispositivi BCI wireless concorrenti. (G) Diagramma 3D dell’headstage.

Come Funziona: Un Ponte Wi-Fi nella Testa

Il sistema descritto nello studio pubblicato su Nature Electronics si compone di tre parti fondamentali, eliminando la necessità di batterie interne al cranio o cavi percutanei:

1. L’Impianto (Il Chip): Contiene tutto. Amplificatori, convertitori dati, gestione dell’alimentazione e un ricetrasmettitore radio. Tutto in quel minuscolo pezzo di silicio.

2. La Stazione Relay (Il Ponte): Un dispositivo indossabile (esterno) che alimenta il chip in modalità wireless e scambia i dati.

3. Il Software: Un’architettura dedicata che decodifica i segnali.

La stazione relay si presenta al mondo esterno come un normale dispositivo Wi-Fi 802.11. In pratica, il cervello diventa un nodo di rete ad alte prestazioni accessibile da un computer esterno, permettendo l’uso di algoritmi di Deep Learning per interpretare le intenzioni del paziente in tempo reale.

Applicazioni Cliniche: Oltre la Fantascienza

Lasciamo per un attimo da parte le visioni transumaniste e guardiamo alla realtà clinica, dove il bisogno è disperato. Il Dr. Brett Youngerman, neurochirurgo al NewYork-Presbyterian, sottolinea che il BISC potrebbe rivoluzionare la gestione di condizioni come l’epilessia farmaco-resistente, la paralisi (SLA, lesioni spinali) e la cecità.

L’approccio è “minimamente invasivo”. Non servono scavi archeologici nel cranio; il chip può essere inserito attraverso un’incisione ridotta e fatto scivolare nello spazio subdurale.

La capacità di monitoraggio è tale che il sistema potrebbe prevedere una crisi epilettica prima che si manifesti fisicamente e intervenire con una micro-stimolazione per “spegnerla”. O ancora, potrebbe leggere l’intenzione di muovere un braccio in un paziente paralizzato e trasmettere quel comando a un esoscheletro o a un cursore su uno schermo con una fluidità oggi impensabile.

Il Fattore “Kampto”: Dalla Ricerca al Mercato

Come spesso accade negli USA (e come piace osservare a noi che guardiamo ai mercati), la ricerca accademica non resta chiusa nei laboratori polverosi. Columbia e Stanford hanno già creato uno spin-off commerciale: Kampto Neurotech.

Fondata dal Dr. Nanyu Zeng, ex allievo della Columbia, la società ha l’obiettivo di portare questa tecnologia dalla fase preclinica (già testata con successo, come riportato nello studio) all’uso umano diffuso. È qui che la competizione si farà interessante. Con aziende come Neuralink di Elon Musk che spingono sull’acceleratore mediatico, il BISC offre un’alternativa tecnologicamente più raffinata sotto certi aspetti: meno intrusiva (non penetra il tessuto cerebrale con aghi) e basata su processi di produzione CMOS standardizzati.

Questo significa che il chip può essere prodotto in grandi quantità con costi, in prospettiva, abbattibili. È la democratizzazione dell’interfaccia neurale.

(A) Schema concettuale dell’impianto BISC e della stazione di trasmissione. Il modulo di testa della stazione di trasmissione fornisce alimentazione wireless e comunicazione bidirezionale dall’esterno del corpo. Il modulo di testa si collega al modulo processore (non mostrato) tramite cavo HDMI. (B) Schema dell’intero sistema. L’impianto è composto da quattro moduli principali: front-end analogico (AFE) per la registrazione e la stimolazione; alimentazione wireless per il trasferimento di energia tramite un collegamento induttivo; ricetrasmettitore wireless per la telemetria bidirezionale dei dati; controller per la configurazione dell’AFE e la pacchettizzazione dei dati. Il modulo headstage riceve un clock dal modulo processore; i dati vengono trasferiti tra i moduli headstage e processore, con il modulo processore controllato da un computer tramite cavo o wireless mediante API Python/RESTful. (C) Flessibilità meccanica dell’impianto BISC. (D) Layout dell’impianto BISC. (E) Immagine al microscopio elettronico a scansione (SEM) degli elettrodi TiN. (F) Confronto tra il nostro lavoro e altri dispositivi BCI wireless concorrenti. (G) Diagramma 3D dell’headstage.

Il ruolo dell’intelligenza artificiale

Andreas S. Tolias di Stanford ha evidenziato un punto cruciale: il BISC è stato progettato per l’IA. I dati che raccoglie sono così ricchi che servono reti neurali avanzate per decifrarli. Abbiamo quindi un circolo virtuoso: l’IA aiuta a costruire chip migliori, e i chip forniscono all’IA i dati necessari per comprendere il cervello umano.

“Stiamo andando verso un futuro in cui il cervello e i sistemi di intelligenza artificiale possono interagire senza soluzione di continuità”, afferma Shepard.

Tabella comparativa: vecchia vs nuova teconologia

Conclusioni: Cauto Ottimismo (e un po’ di Realismo)

Non stiamo dicendo che domani mattina potrete installare Wikipedia nel lobo temporale. Ci sono ancora ostacoli normativi, test clinici su umani a lungo termine da completare (anche se i primi test intraoperatori sono in corso) e questioni di sicurezza informatica non banali (chi protegge il firewall del vostro cervello?).

Tuttavia, il BISC rappresenta un salto ingegneristico notevole. Sviluppato anche grazie ai programmi DARPA (l’agenzia per i progetti di ricerca avanzata della difesa USA, che non sbaglia quasi mai un colpo quando si tratta di finanziare l’innovazione di rottura), questo chip dimostra che la fusione tra silicio e biologia è meno lontana di quanto pensiamo. Per ora, la speranza è per i pazienti affetti da gravi disabilità. Per il resto di noi, è un affascinante sguardo su un futuro dove il confine tra “umano” e “computer” sarà, letteralmente, sottile come un capello.

Domande e risposte

È sicuro avere un chip radio nel cervello?

La sicurezza è la priorità del progetto BISC. A differenza di altri impianti che penetrano il tessuto cerebrale rischiando di danneggiarlo o causare infiammazioni croniche, il BISC si “appoggia” sulla superficie del cervello (spazio subdurale). Inoltre, il dispositivo non ha batterie interne che potrebbero surriscaldarsi o degradarsi; l’energia viene fornita in modalità wireless da un dispositivo esterno solo quando necessario, riducendo drasticamente i rischi termici e biologici a lungo termine.

Potrò collegare il mio cervello direttamente a ChatGPT?

In teoria, la tecnologia apre questa strada, ma in pratica siamo ancora lontani. Attualmente, l’elevata larghezza di banda serve per decodificare intenzioni motorie complesse o processare segnali visivi per scopi medici (come curare la cecità o la paralisi). Tuttavia, l’architettura è progettata esplicitamente per dialogare con modelli di IA avanzati. Quindi, mentre oggi l’obiettivo è terapeutico, l’interazione fluida tra pensiero umano e intelligenza artificiale è esattamente ciò per cui l’hardware è stato ottimizzato.

Quando sarà disponibile per i pazienti?

Il percorso è ancora lungo ma ben avviato. Dopo il successo nei modelli preclinici, sono in corso i primi studi su pazienti umani durante interventi chirurgici per registrazioni a breve termine. La spin-off Kampto Neurotech sta lavorando per commercializzare la versione clinica. Considerando i tempi della FDA e delle autorità sanitarie, potremmo vedere le prime applicazioni cliniche sperimentali diffuse nei prossimi anni, focalizzate inizialmente su epilessia grave e paralisi, prima di arrivare a un uso più ampio.

Rimani aggiornato seguendoci su Google News!

SEGUICI