CognitiList -

Il cervello e il controllo motorio
La nostra mente crea una "mappa" con le informazioni spaziali necessarie

I bambini, quando tentano di bere da un bicchiere completamente colmo, spesso versano fuori il liquido. Gli adulti no. La capacità di imparare a portare a termine quasi automaticamente movimenti complessi di questo tipo è una delle più misteriose del nostro cervello.
Dopo aver condotto esperimenti con robot ed esseri umani, alcuni scienziati del Johns Hopkins Medical Institutions hanno risolto parte di questo mistero e hanno creato un nuovo modello al computer che rispecchia in modo accurato come il cervello usa l'esperienza per migliorare il controllo motorio.
"Adesso - sostiene l'ingegnere biomedico Reza Shadmehr - abbiamo un'idea migliore di come il cervello usa le informazioni che gli provengono da un gran numero di fonti per creare un modello del mondo che ci circonda, e di come gli errori modificano questo modello, cambiando di conseguenza i movimenti. Nessuno nasce sapendo già come controllare gli oggetti intorno a sé: bisogna impararlo".
Lo studio è stato descritto in un articolo pubblicato sul numero di novembre della rivista "PLoS Biology". Nell'esperimento, alcuni volontari stringevano l'estremità di un braccio robotico che misurava con precisione i loro tentativi di superare una resistenza per raggiungere un obiettivo, un punto a una distanza di dieci centimetri. Per raggiungerlo nel tempo a disposizione (mezzo secondo), i volontari dovevano imparare a bilanciare le proprie forze.



Un robot controllato col cervello dalle scimmie
L'interfaccia mente-macchina potrebbe rendere possibili nuovi tipi di protesi

Un team di ricercatori della Duke University ha sperimentato un sistema neurale che consente alle scimmie di usare i propri segnali cerebrali, raccolti da elettrodi impiantati nella corteccia, per controllare un braccio robotico in grado di raggiungere e afferrare del cibo. Gli scienziati sono anche riusciti a trasmettere i segnali cerebrali attraverso internet, controllando un altro braccio robotico a quasi 1000 chilometri di distanza.
Secondo i ricercatori, il sistema di registrazione e analisi dei segnali cerebrali potrebbe costituire la base di un'interfaccia mente-macchina che consentirebbe a pazienti paralizzati di controllare il movimento di arti protesici. L'esperimento, che prevede che gli elettrodi rimangano impiantati per due anni, ha fornito nuovi indizi su come il cervello codifica le informazioni, diffondendole su grandi popolazioni di neuroni e adattandosi rapidamente a nuove circostanze.
In un articolo pubblicato sul numero del 16 novembre 2000 della rivista "Nature", il neurobiologo Miguel Nicolelis e colleghi avevano descritto la sperimentazione del sistema su due aoti, impiantando nel loro cervello matrici di 96 elettrodi, ciascuno con un diametro inferiore a quello di un capello. La tecnica, chiamata "multi-neuron population recordings" e sviluppata da Nicolelis e dal co-autore John Chapin, permette di registrare separatamente una gran quantità di singoli neuroni e di combinare poi le informazioni con un algoritmo di codifica al computer.
Ora, come descritto sulla rivista "Public Library of Science Biology", l'esperimento è stato ripetuto con un numero superiore di elettrodi su due femmine di macaco reso. Gli scienziati hanno impiantato gli elettrodi in diverse regioni della corteccia cerebrale, compresa la corteccia motoria che controlla il movimento. I segnali registrati quando gli animali svolgevano determinati compiti, per esempio afferrare piccoli pezzi di cibo, sono stati usati per programmare il braccio elettronico.