Ricercatori interpretano dati del cervello grazie al codice usato nella Seconda Guerra Mondiale

Un team di ricercatori dell’Università della Pennsylvania, il Georgia Institute of Technology e la Northwestern University hanno ora realizzato un’impresa simile, usando tecniche crittografiche per decodificare l’attività dei motoneuroni. Il loro approccio ha permesso di prevedere, dai dati del cervello e con la sola conoscenza generica dei movimenti tipici, in quale direzione le scimmie spostano le loro braccia.

La stessa tecnica ispirata alla crittografia potrebbe eventualmente essere utilizzata per decodificare schemi più complessi di attivazione muscolare, per l’uso in dispositivi protesici o persino per parlare, per aiutare chi ha una paralisi totale.

Il team di ricerca è stato guidato da Konrad Kording, professore presso la Penn Integrates. I ricercatori hanno pubblicato il loro studio sulla rivista Nature Biomedical Engineering. In un esperimento con tre macachi rhesus, i ricercatori hanno raccolto dati da diverse centinaia di neuroni associati al movimento del braccio. Mentre le scimmie completavano compiti in cui dovevano raggiungere un bersaglio che appariva in punti diversi attorno a un punto di partenza centrale, gli elettrodi in-house registravano picchi di attività elettrica che corrispondevano al movimento del braccio della scimmia.

Le interfacce cervello-computer esistenti possono utilizzare tali dati per spostare una protesi robotica, utilizzando un processo noto come “apprendimento supervisionato”. L’interfaccia è addestrata a riconoscere come i pattern dei licenziamenti neurali corrispondono a ciascun movimento, e può quindi “ricostruire” i movimenti sulla base dei segnali neuronali in corso registrati dal cervello della scimmia. 

 Analoghi approfondimenti sulla struttura del linguaggio, come la frequenza e la distribuzione delle vocali, sono stati coinvolti nella decifrazione del codice Enigma. “Essenzialmente, l’algoritmo prova una gamma di possibili decodificatori fino a ottenere qualcosa in cui l’output assomiglia a movimenti tipici“, ha affermato Kording. “Ci sono problemi nel ridimensionarlo – è un problema di informatica difficile – ma questa è una dimostrazione che la crittanalisi può funzionare nel contesto dell’attività neurale“.

Un approccio alla crittanalisi per decodificare l’attività neurale è particolarmente interessante quando si tratta di interfacce cervello-computer che controllano le protesi. Avere arti robotici in grado di interpretare direttamente i pensieri dei propri utenti senza dover essere calibrati rappresenterebbe un miglioramento significativo della qualità della vita.

Lavorare a favore di questo obiettivo è un miglioramento costante nella tecnologia di registrazione del cervello. Gli scienziati attualmente lavorano su sistemi di elettrodi in grado di campionare simultaneamente dati da un milione di neuroni. 

Sebbene in una fase molto preliminare, i ricercatori ritengono che il loro approccio alla crittanalisi per decodificare l’attività neurale sia fondamentalmente una buona soluzione per il problema. “I tedeschi stavano attivamente lavorando contro la decifrazione e i moderni codici cifrati sono praticamente impossibili da violare“, ha affermato Kording.