Interfaccia cervello-spinale? “Interfaccia cervello-computer”? Una parola di differenza consente ai paraplegici di camminare di nuovo

All'inizio del 2025, sotto la lampada senza ombre dell'ospedale Zhongshan affiliato all'Università Fudan di Shanghai, un'operazione miracolosa di "bypass neurale" ha riscritto la storia della medicina. Due chip elettrodi delle dimensioni di un chicco di riso sono stati impiantati nel corpo di un paziente trentaquattrenne di nome Xiaolin. Le sue gambe, paralizzate da due anni, "capirono" i comandi del cervello, consentendogli di "rinascere" dalla morte, nonostante in origine fosse stato ritenuto incapace di stare in piedi.

Nei tre mesi successivi, il team di ricerca dell'Università di Fudan ha completato tre interventi chirurgici di verifica del concetto clinico utilizzando la tecnologia dell'interfaccia cervello-spinale, tutti con risultati significativi. I media tradizionali come CCTV Video e People's Daily hanno parlato di questa importante svolta.

Come un sasso gettato in un lago calmo, i risultati hanno suscitato grande scalpore nella comunità medica mondiale.

Quindi, cos'è la tecnologia dell'interfaccia cervello-spinale? In che cosa si differenzia da un'interfaccia cervello-computer? Questa tecnologia è una tecnologia nera o una rivoluzione medica?

Dodici giorni dopo l'operazione, Xiao Lin è sottoposto a un allenamento riabilitativo sotto la guida del team congiunto (Foto dal sito ufficiale dell'Università di Fudan)

Da "impossibile" a "possibile", il dilemma e la svolta della cura della paralisi

Nella comunità medica, la paralisi causata da una lesione del midollo spinale è stata a lungo considerata una "malattia incurabile". Quando il midollo spinale viene interrotto a causa di un trauma o di una malattia, i comandi di movimento provenienti dal cervello non possono essere trasmessi agli arti e il paziente perde gradualmente il controllo dei muscoli e potrebbe persino rimanere intrappolato per sempre su una sedia a rotelle.

Secondo le statistiche, in Cina ci sono 3,74 milioni di pazienti con lesioni al midollo spinale e ogni anno se ne aggiungono circa 90.000 nuovi. Molti di loro erano giovani e nel pieno della loro vita, quando un incidente cambiò completamente il corso della loro vita.

In parole povere, la tecnologia dell'interfaccia cervello-spinale prevede che i medici impiantino piccolissimi elettrodi nel cervello e nel midollo spinale. Questi elettrodi possono catturare i segnali provenienti dal cervello che indicano il desiderio di muoversi. Quindi, tramite un algoritmo intelligente, il segnale viene tradotto in un "linguaggio" comprensibile per il midollo spinale, per poi essere trasmesso al midollo spinale tramite stimolazione elettrica. È come usare una chiave per aprire la "serratura" che controlla il movimento degli arti inferiori, consentendo ai comandi del cervello di bypassare i nervi danneggiati e di dire direttamente agli arti inferiori di "muoversi", consentendo ai pazienti paralizzati di riacquistare la capacità di camminare.

La chiave di questa tecnologia risiede nella precisione e nelle prestazioni in tempo reale. I segnali del cervello sono come un complesso oceano di onde elettriche e la tecnologia dell'interfaccia cervello-spinale deve catturare con precisione le forme d'onda specifiche che rappresentano le intenzioni di movimento in questo oceano. Ciò richiede non solo apparecchiature con elettrodi ad alta precisione, ma si basa anche su potenti algoritmi di intelligenza artificiale.

La tecnologia dell'interfaccia cervello-spinale "tre in uno", sviluppata da un team di ricerca dell'Università di Fudan, è unica nel suo genere in quanto integra tre tecnologie: decodifica del segnale cerebrale, ottimizzazione della stimolazione elettrica e ricostruzione del percorso neurale, per formare un sistema di trattamento efficiente e preciso. Il fulcro è "stabile, preciso e veloce": il modello di algoritmo di intelligenza artificiale leggero sviluppato dal team, come un "super traduttore", può convertire rapidamente i comandi motori del cervello (come sollevare le gambe e fare passi) in segnali di stimolazione elettrica e trasmetterli al midollo spinale, assicurando che gli arti del paziente rispondano in modo rapido e preciso, evitando cadute causate da ritardi. Allo stesso tempo, il team ha utilizzato una piattaforma informatica di simulazione per simulare il movimento umano, selezionare in anticipo i parametri efficaci della stimolazione elettrica, ignorare i parametri non validi e consentire ai pazienti di sollevare le gambe il giorno dell'intervento, riducendo notevolmente i tempi di recupero.

Interfaccia cervello-spinale? Interfaccia cervello-computer? Non essere sciocco e non notare la differenza

"L'interfaccia cervello-spinale e l'interfaccia cervello-computer sono la stessa cosa?" Molte persone si saranno poste questa domanda dopo la diffusione della notizia sull'interfaccia cervello-spinale. In realtà, nonostante ci sia solo una "differenza di parole", tra i due esiste una differenza essenziale.

Sebbene sia l'interfaccia cervello-computer (BCI) sia l'interfaccia cervello-spinale (BSI) siano incentrate sui segnali cerebrali, i loro obiettivi e percorsi sono molto diversi. L'interfaccia cervello-computer è più simile a un "plug-in" per il cervello. Si concentra sull'interazione tra "cervello → dispositivo esterno", consentendo ai pazienti di controllare bracci robotici, digitare e persino giocare ai videogiochi attraverso il pensiero. Sebbene questa tecnologia aggiri abilmente i limiti dell'organismo, non è in grado di ripristinare direttamente la funzione motoria del paziente.

Al contrario, l'interfaccia cervello-spinale è impegnata a ricostruire il ciclo chiuso "cervello→midollo spinale→corpo". Non si avvale di apparecchiature esterne, ma attiva direttamente i muscoli del corpo attraverso segnali nervosi. L'obiettivo è consentire ai pazienti di riprendere il controllo delle proprie gambe e di raggiungere un vero e proprio "movimento autonomo del corpo".

Da un punto di vista logico-tecnico, l'interfaccia cervello-computer deve convertire i segnali cerebrali in istruzioni meccaniche, come ad esempio convertire "voglio alzare la mano" in "alza il braccio robotico", il che si basa su algoritmi complessi e hardware esterni, come se avesse aperto un canale di "deviazione" tra il cervello e il corpo. L'interfaccia cervello-spinale è più vicina alla "riparazione delle autostrade neurali interrotte". Impianta elettrodi e costruisce una "stazione di trasmissione del segnale" sopra (cervello) e sotto (midollo spinale) l'area danneggiata del midollo spinale, consentendo ai comandi del cervello di raggiungere direttamente i nervi degli arti inferiori, consentendo una camminata naturale, proprio come se si ricostruisse un ponte attraverso il percorso neurale danneggiato.

In termini di invasività e popolazione applicabile, le interfacce cervello-computer possono essere sia non invasive (dispositivi montati sulla testa) sia invasive (elettrodi impiantati) e le loro funzioni tendono ad essere di "sostituzione" o "miglioramento". L'interfaccia cervello-spinale deve essere impiantata chirurgicamente, ma il suo vantaggio è che ripristina le funzioni originali ed è più adatta ai pazienti con lesioni incomplete del midollo spinale e atrofia non muscolare.

Per riassumere in una frase, l'interfaccia cervello-computer è un "dialogo tra esseri umani e macchine" che amplia i confini delle capacità; l'interfaccia cervello-spinale è un "dialogo tra gli esseri umani e il loro corpo" che ripara gli istinti vitali.

In futuro le due cose saranno combinate? È assolutamente possibile! Ad esempio, utilizzare la BCI per controllare un esoscheletro e facilitare la deambulazione, mentre si utilizza la BSI per attivare i propri muscoli, ottenendo così una doppia riabilitazione.

Il primo controllo di Xiaolin dopo l'intervento chirurgico (Foto dal sito ufficiale dell'Università di Fudan)

Da "stazione di trasferimento del segnale" ad "abbandono della zattera e atterraggio", il futuro dell'interfaccia cervello-spinale è promettente

Grazie a un intervento chirurgico minimamente invasivo durato circa 4 ore, durante il quale due chip di elettrodi dal diametro di appena 1 mm circa furono impiantati con precisione nell'area motoria del cervello di Kobayashi e nell'epidurale del midollo spinale, si verificò silenziosamente un miracolo della vita.

Il primo giorno dopo l'operazione, i muscoli della gamba destra, dormienti da molti anni, cominciarono a tremare leggermente; il terzo giorno, i comandi del cervello hanno guidato per la prima volta il movimento sincrono di entrambi gli arti inferiori; al decimo giorno il paziente è riuscito a controllare autonomamente il passo e la deambulazione di entrambi gli arti inferiori; il 49° giorno, Xiaolin è stato in grado di camminare in modo autonomo utilizzando un deambulatore sospeso: dietro questa serie di progressi apparentemente incredibili c'è la tenacia degli scienziati cinesi per oltre un decennio, che ha aperto una nuova strada per il trattamento delle lesioni del midollo spinale.

Ancora più entusiasmante è che il team dell'Università di Fudan ha osservato anche l'effetto dell'interfaccia cervello-spinale sul rimodellamento neurale nei soggetti: Xiaolin ha mostrato effetti di rimodellamento neurale meno di due settimane dopo l'operazione.

"Se l'interfaccia cervello-spinale viene impiantata, associata a un periodo di riabilitazione di tre-cinque anni, è probabile che i nervi del paziente vengano ricollegati e rimodellati e, alla fine, potremmo riuscire a liberarci del dispositivo invece di doverlo usare per tutta la vita". I ricercatori ritengono che "abbandonare la zattera e atterrare sulla riva sia la migliore tecnologia di interfaccia cervello-spinale".

Osservare ulteriormente per comprendere il meccanismo alla base della sua rimodellazione. La strada per le interfacce cervello-spinale potrebbe essere lunga, ma il futuro è promettente.