L'uomo bionico.^©

L'avevano celebrata gli scrittori di fantascienza e negli anni ’70 aveva consacrato il successo di due celebri serie televisive anticipando in qualche modo i traguardi che la scienza avrebbe realmente raggiunto. Stiamo parlando della bionica: il futuro e la speranza per tutte quelle persone a cui manca o è compromessa una parte del corpo. Grazie a microscopici elettrodi e ai progressi della chirurgia, medici e studiosi sono riusciti a collegare le terminazioni nervose a dispositivi come telecamere, microfoni e motori. Nonostante il danno subito o la completa assenza di parti del corpo, i nervi e le parti del cervello che ne detenevano il controllo in molti pazienti continuano a vivere, restando in qualche modo in attesa di essere nuovamente sollecitati per ricominciare a funzionare. E’ proprio la parte mancante o compromessa che, grazie ai nuovi traguardi della bionica, è sostituita da dispositivi integrati con il sistema nervoso in grado di rispondere ai comandi del cervello. In questo modo i ciechi possono cominciare a vedere, i sordi udire e chi ha perso un arto riuscire, attraverso una protesi bionica, a emulare l’arto originario. E’ un lavoro estremamente delicato, un cammino costellato da una continua serie di errori e tentativi ma, ad oggi, la bionica rappresenta anche un gigantesco passo avanti in grado di restituire o ripristinare ai pazienti molto più di quanto si poteva immaginare. Negli ultimi cento anni la tecnologia di base delle braccia artificiali è cambiata molto, a mutare è stato l’utilizzo dei materiali, la maggiore conoscenza dei legami tra il sistema nervoso e i muscoli periferici, ma c’è anche stata un’evoluzione nel campo della microelettronica, degli attuatori e delle nanotecnologie. Per molti mutilati, come per tanti dei soldati che tornano dall’Iraq con arti amputati, vengono impiantate protesi simili, la cui attivazione dipende dalla pressione del mento o dell’altro braccio, ad esempio, su una leva. Un sistema complesso e che comporta notevole sforzo, tanto da indurre molti ad abbandonare questo tipo di protesi. Più recente e innovativa è invece la nuova tecnica TMR (Targeted Muscle Reinneversation, re innervazione muscolare) elaborata dal Rehabilitation Institute of Chicago (RIC) che si serve dei nervi rimasti dopo l’amputazione per controllare l’arto artificiale. Il gruppo di ricerca del RIC ha elaborato un sistema basato sul fatto che i muscoli, quando si contraggono, rilasciano un impulso elettrico abbastanza forte da essere percepito da un elettrodo posto sulla pelle. E’ stata peraltro sviluppata una tecnica per dirottare i nervi troncati dai punti danneggiati ad altri muscoli, che possano dare ai segnali nervosi lo stimolo adeguato. Gli ordini ricevuti dal cervello ricadono sugli elettrodi posti sui muscoli per poi essere ritrasmessi alla protesi attraverso i fili.

La prima donna a sperimentare questa nuova tecnica e un braccio messo a punto dal Rehabilitation Institute of Chicago è stata Amanda Kitts. Il RIC, in collaborazione con i bioingegneri del Laboratorio di Fisica applicata della Johns Hopkins University, sta elaborando un nuovo prototipo dotato non solo di maggiore flessibilità, grazie a più motori e applicazioni, ma anche di fornire parziali sensazioni alle “dita fantasma”. I dati sensoriali saranno elaborati da specifici sensori posti sulla punta delle dita che rileveranno pressione, temperatura e vibrazioni. I dati saranno poi inviati agli elettrodi e di qui al cervello attraverso i nervi. Sembra che Amanda Kitts sia già in grado di distinguere le superfici ruvide da quelle lisce, grazie alla velocità di vibrazione delle barrette simili a pistoni posti all’interno dei sensori. Il prossimo prototipo di arto bionico avrà il triplo delle capacità rispetto a quello oggi in uso. Dovrebbe essere in grado, infatti, di riprodurre fino a 22 movimenti, mentre ai mutilati, i cui nervi residui sono molto danneggiati, gli elettrodi potrebbero essere impiantati nel cervello. I comandi potrebbero essere trasmessi ai sensori montati in un copricapo e poi, via cavo, al braccio. La tecnica americana si è dimostrata efficace per le amputazioni molto alte, vicine alla spalla; in Italia l’ARTS Lab della Scuola Superiore S. Anna di Pisa ha invece elaborato una tecnica più consona per coloro che, avendo perso la parte finale dell’arto, hanno i nervi ancora in buone condizioni. L’équipe italiana del Policlinico Universitario Campus Biomedico di Roma ha suggellato un progetto iniziato quasi venti anni fa dalla Scuola di Pisa a cui hanno contribuito istituzioni e centri di ricerca di tutta Europa, con una mano bionica in grado di “colloquiare” con il cervello. Gli elettrodi impiantati sui nervi superstiti hanno consentito all’uomo, prestatosi come volontario per l’esperimento, i tre movimenti previsti dal protocollo: la chiusura a pugno, l’opposizione del pollice all’indice e la flessione del mignolo. Gli elettrodi sono rimasti impiantati 24 giorni nel braccio dell’uomo senza causare infezioni o provocare rigetto; inizialmente il paziente riusciva a percepire sensazioni come se provenissero da diversi punti della mano perduta, poi però c’è stata un’interruzione della trasmissione sensoriale, probabilmente a causa di una reazione all’interno del nervo stesso. Ora l’équipe italiana che si sta muovendo per individuare le cause di questa caduta della trasmissione sensoriale, si appresta a realizzare un esperimento più lungo e, entro due o tre anni, a realizzare una nuova sperimentazione. Obiettivo impiantare sotto pelle un chip per raccogliere i segnali captati dagli elettrodi e trasmetterli in tempo reale, con un sistema wireless, alla centralina impiantata nella mano, e gli algoritmi che consentono di tradurre gli impulsi nervosi in comandi motori. Il prototipo della mano con dimensioni e peso di una mano vera è già pronto, il chip sta per essere messo a punto.

Ma la bionica non si ferma qui. L’interazione mente - macchina è possibile e in continua evoluzione. L’impianto cocleare, negli ultimi trenta anni è stato installato a circa 200.000 persone in tutto il mondo. Una nuova prospettiva per chi ha problemi di sordità. In ciascuna coclea, la parte dell’orecchio interno che normalmente percepisce le vibrazioni sonore, vengono inseriti dei sottili fili elettrici muniti di 22 elettrodi, che li trasmettono direttamente ai nervi. L’orecchio bionico potrebbe presto essere seguito dall’occhio bionico. Alla retinite pigmentosa, una malattia degenerativa che distrugge le cellule foto recettrici dell’occhio, è già stata data una risposta attraverso il posizionamento di piccolissimi elettrodi sulla retina, elettrodi che sono in grado di inviare stimoli visivi al nervo ottico. Tale tecnica è stata utilizzata anche su alcuni malati di retinite che venivano operati per altre ragioni. La matrice fissata sulla retina è stata costruita dall’azienda statunitense Second Sight, e contiene attualmente 60 elettrodi, contro i sedici della versione precedente. Come per i pixel di una fotocamera digitale più sono gli elettrodi, migliore è la qualità dell’immagine, per questo motivo l’azienda si propone di creare una matrice con centinaia di migliaia di elettrodi. Ad oggi ciò che questa tecnica riesce a ripristinare è la capacità di distinguere le sagome. L’University of Southern California, fautrice della ricerca, ha anche messo a punto un ulteriore sistema consentendo un seppur parziale ripristino della vista. Argus (da Argo, il gigante dai cento occhi della mitologia greca) è il nome del sistema. I pazienti ricevevano un paio di occhiali scuri dotati di una minuscola videocamera e di un radiotrasmettitore. I segnali video erano trasmessi a un computer posto in una cintura, convertiti in impulsi elettrici comprensibili alle cellule gangliari e infine trasmessi a un ricevitore posizionato dietro l’orecchio. Da lì un filo li conduceva all’interno dell’occhio, a una matrice quadrata di 16 elettrodi, gli elettrodi stimolavano le cellule e il cervello completava l’iter consentendo ai primi pazienti di vedere i contorni e di distinguere grossolanamente qualche forma. Ma i progetti bionici si spingono anche oltre. Gli scienziati delle più prestigiose università del mondo che lavorano al progetto BrainGate stanno sperimentando un collegamento diretto tra un computer e la corteccia motoria del cervello di persone completamente immobilizzate, perché possano spostare oggetti lontani con la mente. Finora, i pazienti coinvolti, sono riusciti a muovere un cursore sullo schermo di un computer. E’ in corso un’altra ricerca che si propone di sviluppare un ippocampo artificiale (la zona del cervello che conserva i ricordi) per le persone colpite da perdita di memoria. Anche la pelle bionica rientra tra le future sfide della bionica. Il progetto FILMskin, che potrebbe risultare utile anche per gli ustionati, si propone di creare, entro i prossimi venti anni, una pelle bionica sensibile al tocco e alle variazioni di temperatura. L’epidermide sarà fatta di un composto resistente all’acqua creato grazie alla nanotecnologia e modellato al laser. I nanotubi di carbonio, con 1/10.000 dello spessore di un capello, che sono i conduttori termici più efficienti che si conoscono, saranno disseminati lungo di essa mentre i sensori saranno in grado di distinguere tra temperatura e pressione. Insomma una scienza in continua evoluzione e in fase di perfezionamento la bionica, talvolta imperfetta e sicuramente non in grado di sostituire le fattezze reali di un essere umano, ma in grado di ridare qualche speranza concreta a quanti necessitano “una nuova vita” anche se “elettronica”.

© Riproduzione riservata (15 maggio 2010)