Rețele neuronale distribuite complică semnificativ decodarea cognitivă comparativ cu mișcarea
Interfețele creier-computer (BCI) au făcut progrese remarcabile în restabilirea mișcării și a vorbirii pentru persoanele cu paralizie.
Până în prezent, tehnologia BCI s-a concentrat în mare parte pe decodarea funcțiilor motorii, însă tulburările care generează cea mai mare povară globală a bolilor cerebrale – inclusiv depresia, anxietatea, tulburarea de stres post-traumatic și tulburarea obsesiv-compulsivă – sunt, în esență, tulburări cognitive: modul în care ne concentrăm, ne amintim, decidem și ne reglăm emoțiile.
Cercetătorii care își propun să extindă potențialul clinic al BCI-urilor sunt sfătuiți de o nouă revizuire că tratarea tulburărilor cognitive va necesita abordări fundamental diferite față de aplicațiile actuale ale BCI-urilor motorii.
Într-o perspectivă publicată în Trends in Cognitive Sciences, Ignacio Saez, director al Laboratorului de Neurofiziologie Umană la Icahn School of Medicine at Mount Sinai, conturează un plan pentru dezvoltarea următoarei generații de „interfețe creier-computer cognitive”.
El explică faptul că decodarea gândurilor este radical diferită de decodarea mișcării. În timp ce mișcarea este reprezentată într-o zonă compactă, stabilă și bine cartografiată a creierului, cogniția nu este. Activitatea cerebrală care stă la baza atenției, memoriei și emoției este dispersată în multe regiuni, în rețele care se reorganizează constant; astfel, același semnal cerebral poate însemna lucruri diferite în contexte diferite.
Recunoașterea acestor diferențe va permite oamenilor de știință și inginerilor să împrumute și să adapteze instrumentele adecvate din BCI-urile motorii pentru această nouă aplicație cognitivă.
„Interfețele creier-computer au făcut progrese extraordinare în restabilirea mișcării și a vorbirii și cred că domeniul se află într-un punct de inflexiune, unde progresele în înregistrarea intracraniană, decodarea și neuromodulația clinică fac acum plauzibilă construirea de BCI-uri care vizează funcții cognitive, mai degrabă decât motorii,” a declarat Dr. Saez. „Această revizuire reframează următoarea frontieră – cogniția – ca o provocare științifică și inginerie distinctă care va reuni două abordări care au funcționat istoric mai mult sau mai puțin separat: cercetarea BCI, care s-a concentrat pe citirea creierului; și neuromodulația clinică, care s-a concentrat pe stimularea acestuia. BCI-urile cognitive vor necesita fuzionarea ambelor într-un sistem închis.”
Aceste sisteme trebuie să detecteze stările cerebrale disfuncționale pe măsură ce apar și să răspundă cu neurostimulare adaptivă, precis temporizată. Dr. Saez descrie progresele științifice și provocările rămase necesare pentru a face această viziune o realitate. El explică faptul că multe dintre blocurile necesare de construcție – inclusiv înregistrarea cerebrală intracraniană, neurostimularea adaptivă și monitorizarea neurochimică de înaltă rezoluție – există deja în mediile clinice și de cercetare.
Integrarea acestor tehnologii în sisteme inteligente, închise reprezintă următoarea mare provocare pentru domeniu și ar putea permite, în cele din urmă, tratamente mai precise și personalizate pentru tulburările cerebrale grave.
Interesul comercial pentru interfețele creier-computer crește, în paralel cu această tendință. Companiile care au condus o mare parte din progresele recente în BCI-urile motorii și de vorbire își îndreaptă din ce în ce mai mult atenția către aplicațiile cognitive, considerându-le următoarea frontieră a domeniului, unde populațiile de pacienți care pot fi adresate – acoperind depresia, anxietatea, PTSD și alte condiții psihiatrice și neurologice comune – sunt mult mai mari decât cele pentru paralizie. Dr. Saez subliniază că traducerea acestor progrese din laborator în terapii aprobate va depinde nu doar de progresele științifice, ci și de colaborarea strânsă dintre cercetătorii academici, clinicieni și industrie pentru a construi hardware-ul, algoritmii și căile de reglementare necesare pentru BCI-urile cognitive de grad clinic.
