Neuralink è un progetto del noto imprenditore Elon Musk che ha l’obiettivo di integrare il cervello umano con l’elettronica avanzata. Attraverso la progettazione e lo sviluppo di interfacce neurali impiantabili, Neuralink crea dispositivi in grado di controllare sistemi esterni e mettere in comunicazione il cervello umano con i computer. Grazie a questa connessione, i computer potranno ricevere segnali dal cervello e inviare altrettanti dati direttamente alla mente umana. Dietro a questo progetto molto ambizioso c’è un’elettronica avanzata che combina nanotecnologia e intelligenza artificiale.
La nanotecnologia di Neuralink
L’interfaccia bidirezionale che connette il cervello umano a dispositivi elettronici esterni si chiama “sistema N1” e consiste in un chip che opera come se fosse una porta USB per il nostro cervello. L’impianto è formato da una capsula esterna realizzata con materiale biocompatibile, una batteria ricaricabile, dei microchip che traducono i segnali cerebrali e li trasmettono ai dispositivi e 24 fili contenenti 1024 elettrodi collegati al cervello.
Nel complesso, il dispositivo di Neuralink è grande quanto una moneta, viene impiantato nel cranio e collegato al cervello grazie alla flessibilità degli elettrodi che si adattano al movimento del cervello e sono abbastanza sottili da spingersi al suo interno senza causare danni come le emorragie cerebrali. Sono infatti realizzati con materiali biocompatibili, come il silicio e il polimero Parylene, per ridurre al minimo la reazione del tessuto cerebrale e garantire la lunga durata dell’impianto.
Elettronica di precisione per “leggere” i neuroni
Gli elettrodi raccolgono i segnali elettrici generati dai neuroni all’interno del cervello. Questi segnali non sono altro che gli impulsi elettrici che viaggiano lungo le sinapsi neurali, e Neuralink si serve di un’elettronica di precisione che consente di rilevare e interpretare correttamente i segnali ricevuti. I 1024 elettrodi vengono posizionati da un robot microchirurgico in determinate zone del cervello umano dove possono rilevare i segnali cerebrali e trasmetterli a una piattaforma esterna che ne decodifica le informazioni. Successivamente, queste informazioni possono essere usate per generare determinate azioni. Quindi, l’intero dispositivo inserisce il chip e altri componenti elettronici all’interno del cranio, con comunicazioni wireless che inviano i dati dal cervello all’applicazione Neuralink che li decodifica in azioni. Uno dei tanti scopi, infatti, è quello di generare segnali che trasmessi alla centralina posta all’interno del cervello potrebbero andare a eccitare delle funzioni biologiche non più attive, per esempio il movimento di un arto danneggiato a seguito di un trauma. In futuro, con questa nuova applicazione potrebbe essere possibile trattare i disturbi neurologici, come l’Alzheimer, il Parkinson e le lesioni spinali, ripristinando la funzionalità neurale tramite la stimolazione elettrica diretta.
La tecnologia microelettronica di Neuralink
Il punto di forza di Neuralink sono le tecnologie microelettroniche avanzate che oggi consentono di costruire dei sistemi elettronici con un potenziale importante, soprattutto per il settore della ricerca medica. Già in passato, la medicina ha usufruito dell’elettronica per compiere importanti passi in avanti, basti pensare ai pacemaker, ai defibrillatori e ai sistemi di Deep Brain Stimulation che aiutano a mitigare i sintomi del Parkinson.
Neuralink, a differenza dei precedenti dispositivi elettronici, nasce come una piattaforma per il Brain Computing Interface con caratteristiche di flessibilità e capacità di trasportare in modo bidirezionale i segnali del cervello. Questi dati possono essere trasmessi via wireless a dispositivi esterni, come computer o smartphone, utilizzando tecnologie di comunicazione a basso consumo energetico ma con una velocità molto alta. Una volta digitalizzati, i dati trasmessi vengono elaborati da algoritmi di machine learning per decodificare l’intenzione dell’uomo, o della donna, che riceve l’impianto. Ad esempio, se un paziente desidera muovere un braccio robotico, l’algoritmo traduce i segnali neurali associati a quell’intenzione nell’azione di muovere il braccio. Tuttavia, l’interferenza del segnale e il rumore elettrico sono ostacoli che questa nuova tecnologia deve ancora superare. L’ambiente intracranico, infatti, produce molto rumore dal punto di vista elettrico e questo rende difficile distinguere i segnali neurali importanti dal rumore di fondo. Pertanto, gli ingegneri elettronici di Neuralink stanno lavorando allo sviluppo di filtri avanzati che combinati ad algoritmi di analisi del segnale potranno migliorare la qualità della trasmissione dei dati.
Un’altra sfida importante riguarda la durata dell’impianto, perché ogni dispositivo impiantato deve resistere all’interno di un ambiente biologicamente dinamico come quello del cervello, senza degradarsi. Per questo motivo, si sta lavorando a materiali e tecniche di rivestimento innovativi per prolungare la vita operativa dei dispositivi di Neuralink.
Il ruolo dell’ingegnere elettronico
L’ingegnere elettronico è una delle figure centrali del progetto di Neuralink e delle neurotecnologie in generale. Il punto di partenza, infatti, è la progettazione dei microchip che devono essere miniaturizzati e biocompatibili per ospitare sensori in grado di registrare l’attività bioelettrica dei neuroni. Il lavoro dell’ingegnere elettronico inizia, dunque, dalla selezione dei materiali, per poi passare al posizionamento dei sensori e concludere con l’ottimizzazione del circuito. Questi tre compiti svolti nelle prime fasi di realizzazione dell’impianto sono fondamentali per garantire che i chip siano funzionali e sicuri a lungo termine nel cervello umano.
Una volta impiantato, il microchip deve registrare l’attività elettrica del cervello e per far ciò, l’ingegnere elettronico sviluppa i circuiti di acquisizione dei dati, assicurandosi che i segnali raccolti siano di qualità e privi di interferenze. Nella successiva fase di elaborazione, si occupa della progettazione dei sistemi di trasmissione dei dati senza fili, garantendo che siano efficienti e a basso consumo energetico.
Gli ingegneri elettronici, inoltre, lavorano in stretto contatto con i neuroscienziati per contribuire allo sviluppo di algoritmi e strumenti analitici in grado di interpretare la complessità dei dati raccolti. Un altro ambito cruciale è infatti la progettazione dei circuiti di controllo e dei protocolli di comunicazione necessari per tradurre i segnali neurali in comandi eseguibili dai dispositivi esterni. Questo richiede una profonda comprensione sia dell’elettronica che delle neuroscienze, a cui si aggiungono le competenze avanzate in programmazione e machine learning.
Infine, gli ingegneri elettronici devono garantire un’innovazione continua dei dispositivi senza trascurarne la sicurezza, anticipando i potenziali rischi associati all’uso prolungato dei chip impiantati nel cervello. Per rispondere a questa esigenza, l’ingegnere elettronico prende continuamente parte ai test rigorosi che vengono eseguiti durante la selezione di materiali biocompatibili e durante la progettazione di sistemi di backup e sicurezza.
