Il dito bionico made in Italy (credits: Enrico Libutti / Domenico Camboni - Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant'Anna)

TOCCARE È UNO DEI GESTI più importanti al quale un essere umano può affidarsi per esplorare il mondo che lo circonda. Per questo la scienza è da tempo alla ricerca di soluzioni in grado di pilotare mani robotiche. E far riacquistare a chi ha perso un arto la capacità di “sentire” e manipolare oggetti attraverso l’uso di protesi. Questa costante ricerca ha portato, però, a un risultato ancora più incredibile: la comprensione del legame tra il cervello e il senso del tatto. Del come i neuroni insieme riescano decifrare il mondo nonostante singolarmente siano non proprio infallibili. E questo grazie agli studi su un polpastrello bionico made in Italy condotta dall’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa e dalla Facoltà di Medicina dell’Università svedese di Lund.

«Alcuni neuroni sono, da soli, molto efficaci nel decodificare gli stimoli che abbiamo testato, ma nessun neurone è perfetto» spiegano il neuroingegnere computazionale dell’Istituto di BioRobotica Scuola Superiore Sant’Anna Alberto Mazzoni e il collega svedese Anton Spanne. «La loro varietà, però, è tale che le imperfezioni dell’uno sono compensate dall’altro. La combinazione dell’attività dei neuroni consente quindi di identificare gli stimoli in maniera perfetta».

In pratica, l’efficacia di questa comunità di neuroni è quella di essere così tanto numerosi, vari e veloci nell’interpretare i segnali che nell’insieme, nonostante qualcuno sia meno “bravo”, la loro collaborazione consente nel complesso di ottenere una corretta e completa rappresentazione del mondo che le mani manipolano. In pratica, remando tutti verso la stesa direzione, anche se qualche bracciata non è delle migliori riescono a portare comunque la barca comunque in porto. Cioè un segnale che nel complesso il cervello può correttamente decifrare.

«L’elaborazione del segnale sensoriale dipende dal corretto funzionamento dei circuiti neurali» aggiunge Henrik Jörntell, coordinatore svedese della parte neuroscientifica dello studio. «Pertanto il nostro metodo di valutazione dell’abilità dei neuroni potrebbe essere utilizzato in futuro per decodificare gli stimoli e stimare in modo quantitativo la gravità di un danno neurologico o di una malattia neurodegenerativa».

La ricerca è stata condotta utilizzando un dito bionico grazie al quale il gruppo italo-svedese è riuscito a generare sensazioni tattili artificiali, trasmesse alle terminazioni nervose della pelle, imitando così il comportamento dei recettori nervosi che si trovano sui polpastrelli. Le analisi della risposta a questi stimoli da parte della corteccia cerebrale somatosensoriale – quella parte del nostro cervello che si occupa anche dell’elaborazione degli impulsi innescati dal toccare qualcosa – hanno rivelato come i nostri neuroni “lavorino” questi dati che arrivano dalla periferia del corpo a partire dai polpastrelli per dargli un significato come quello di una rugosità, un volume, un senso di freddo o caldo o una puntura.

Le ricadute pratiche di questa scoperta potrebbero andare dalla realizzazione di sofisticate neuroprotesi in grado di comandare arti robotici alla comprensione della cause di malattie neurologiche fino allo sviluppo di modelli in grado di verificare attraverso simulazioni al computer l’entità di danni neurologici e valutare lo stato di avanzamento di malattie neurodegenerative come, per esempio, l’Alzheimer e il Parkinson.

Oltre che dall’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna e dall’Università di Lund, lo studio è stato condotto con finanziamenti dal Ministero degli Affari Esteri e della Cooperazione Internazionale – Direzione generale per la promozione del sistema Paese (Economia, Cultura e Scienza) – Unità per la cooperazione Scientifica e Tecnologica –  e da parte del Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca, attraverso il progetto di ricerca bilaterale SensBrain e il progetto nazionale PRIN/HandBot. Finanziamenti sono arrivati anche da parte della Commissione Europea mediante i progetti FP7-FET NEBIAS e FP7-NMP NANOBIOTOUCH, dal fondo svedese Hjärnfonden e dal Consiglio delle Ricerche Svedese.

«Nel futuro prossimo, anche grazie ai risultati dei progetti in collaborazione con Inail, questa conoscenza scientifica sarà incorporata in una nuova generazione di arti robotici sensibili» sottolinea Calogero Oddo, bioingegnere coordinatore dello studio per la parte biorobotica «in grado di trasmettere agli amputati i dettagli dell’esperienza sensoriale del tatto. Con i progetti di ricerca sostenuti dalla Regione Toscana i nostri risultati porteranno a miglioramenti anche nei sistemi robotici dotati di capacità sensoriali tattili simili a quelle umane, per svolgere compiti complessi, ad esempio in robot chirurgici, robot di soccorso e robot di servizio e industriali».

Carlo Biasco, direttore centrale assistenza protesica e riabilitazione dell’Inail, ha espresso soddisfazione per i risultati raggiunti «da e con i qualificati partner con i quali collaboriamo. Che stanno consentendo l’avvio di una filiera di ricerca che, una volta trasferiti a livello tecnologico i risultati ottenuti, potrà garantire un più alto livello di assistenza a beneficio degli infortunati sul lavoro e di tutte le persone con disabilità».

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