I tatuaggi temporanei che leggono il cervello sono il futuro dei dispositivi indossabili

Al di fuori dei rapper di Soundcloud e dei wrestler professionisti come gli ultimi Bam Bam Bigelow, i tatuaggi sulla testa non sono qualcosa che la maggior parte di noi incontra regolarmente. Se i ricercatori dell’Università tecnologica di Graz in Austria e di un paio di altri laboratori di ricerca europei riuscissero a farcela, tutto potrebbe cambiare. I tatuaggi sulla testa potrebbero diventare la norma: tatuaggi sulla testa che leggono il pensiero e indossano elettrodi. E, come la vecchia barzelletta sul cameriere e la mosca nella zuppa dell’uomo, li vorremo tutti.

Prima di andare oltre, no, i tatuaggi non sono permanenti. “Utilizziamo tatuaggi temporanei come quelli per i bambini; essenzialmente lo stesso che utilizzeresti per trasferire sulla tua pelle un cartone animato o un disegno per scopi creativi," Francesco Greco, assistente professore presso l'Istituto di fisica dello stato solido dell'università, ha dichiarato a Digital Trends. "Utilizziamo la carta [standard per tatuaggi] come substrato e poi stampiamo sopra circuiti realizzati in polimero conduttivo, utilizzando una stampante a getto d'inchiostro."

Il ricevente attacca uno o più di questi elettrodi adesivi per tatuaggio sul cuoio capelluto. I tatuaggi possono quindi essere utilizzati per registrare segnali cerebrali elettroencefalografici (EEG) di alta qualità appena prelevati dal cuoio capelluto. A differenza degli elettrodi in gel non è necessaria un'interfaccia liquida e i tatuaggi non possono seccarsi. Persino i peli che crescono attraverso la loro membrana ultrasottile non impediscono loro di svolgere efficacemente il loro lavoro.

Anche se gli elettrodi del tatuaggio non sono esattamente invisibili (chiunque sia rasato e indossi un piccolo circuito incollato sulla testa ha (una strana abitudine di dare nell'occhio), non interferiscono con chi li indossa come potrebbe fare una cuffia con elettrodi EEG convenzionale. Il fatto che possano essere applicati e poi dimenticati è uno degli aspetti più entusiasmanti; rendendoli perfettamente adatti per misurazioni a lungo termine. Rimangono accesi finché non vengono strofinati con acqua e sapone per rimuoverli.

Lo studio di tatuaggi più tecnologico del mondo

Il laboratorio di Greco, il Laboratorio di materiali applicati per l’elettronica stampata e morbida (LAMPSe), ha sviluppato i primi elettrodi per tatuaggi nel 2015. Il primo caso d'uso di questi trasferimenti adesivi è stato quello di misurare la frequenza cardiaca e l'attività muscolare. Mezzo decennio dopo, Greco e altri hanno ottimizzato la tecnologia in modo che possa essere utilizzata per misurare le onde cerebrali in modo altrettanto efficace. Il lavoro è stato svolto insieme a ricercatori francesi, presso l’Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, e in Italia da Laura Ferrari presso l’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna.

"L'EEG, o elettroencefalografia, è sempre stato il passaggio più impegnativo" Esma Ismailova, leader del gruppo tessile bioelettronico nel dipartimento di bioelettronica dell'Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, ha dichiarato a Digital Trends. “Abbiamo ora raggiunto il passo finale in cui possiamo [raccogliere] onde cerebrali di bassa ampiezza e alta frequenza. È molto [difficile] catturare questo tipo di attività”.

Ci sono molteplici ragioni per cui la raccolta di dati sul cervello potrebbe essere utile. Uno è per il monitoraggio. Il lettore di elettrocardiogramma (ECG) presente nell’Apple Watch ha già dimostrato in modo convincente perché i dispositivi indossabili che monitorano costantemente i nostri segni vitali possono essere utili. Nel caso dell'Apple Watch, condizioni come la fibrillazione atriale, un ritmo cardiaco irregolare che può causare ictus, possono essere individuato monitorando continuamente il battito cardiaco di chi lo indossa. Se qualcosa va storto, lo smartwatch può avvisare l'utente in modo che possa cercare aiuto medico.

Al momento non esiste un monitoraggio regolare delle onde cerebrali. Condizioni neurologiche come l'epilessia possono essere diagnosticate utilizzando la tecnologia EEG, ma è improbabile che i pazienti vengano successivamente sottoposti a un monitoraggio regolare (o addirittura irregolare) delle onde cerebrali. “Nel caso dell’epilessia non è possibile prevedere realmente una crisi; è necessario essere in grado di monitorare il paziente”, ha spiegato Ismailova. “Questo tipo di elettrodo potrebbe esserlo utilizzato per monitorare il paziente a casa aiutare i medici a comprendere le origini [della malattia] e come si propaga. Possono valutarlo nel tempo”.

Un passo verso le interfacce cervello-computer

Ci sono anche altri casi d'uso pratici. Greco ritiene che questa tecnologia non invasiva di monitoraggio delle onde cerebrali potrebbe rivelarsi un passo cruciale nel costruzione di interfacce cervello-computer.

"Una delle cose meravigliose che potrebbero essere possibili, e che stiamo cercando di studiare ora, è catturare informazioni dal cervello [per utilizzarle in diverse applicazioni]", ha affermato. “Ad esempio, potresti catturare queste informazioni, inviarle direttamente attraverso un’interfaccia cervello-computer e usarle per stimolare i muscoli di un paziente paralizzato. In un paziente paralizzato, il cervello funziona perfettamente, i muscoli funzionano perfettamente, ma la comunicazione neurale tra questi due punti è persa. Potremmo provare a recuperare la disconnessione tramite un’interfaccia cervello-computer”.

Poi ci sono tutte le altre potenziali applicazioni di un’interfaccia cervello-computer, come il monitoraggio dell’umore o dei desideri e l’estrazione delle informazioni giuste al momento giusto. Potrebbe anche essere possibile combinare un elettrodo per tatuaggio per il monitoraggio del cervello con tatuaggi temporanei che monitorano l’attività muscolare in altre parti del corpo come ulteriore fonte di dati.

Greco ritiene che, nel corso della nostra vita, svegliarsi e indossare un sensore per tatuaggio indossabile a basso costo potrebbe essere un luogo comune quanto indossare l'orologio o sfilarsi la mano? smartphone nelle nostre tasche? "Sì, penso di sì, perché ci sono molte applicazioni pratiche nella vita quotidiana [dove questo potrebbe essere utile]", ha detto.

Al momento, questo lavoro è ancora una dimostrazione di prova piuttosto che qualcosa di pronto per essere commercializzato. L'elaborazione delle informazioni deve ancora essere effettuata collegando gli elettrodi ad un dispositivo esterno. Greco sottolinea tuttavia che altri gruppi di ricerca sono impegnati a lavorare su dispositivi indossabili che potrebbero consentire di elaborare queste informazioni sul corpo. Potrebbe potenzialmente anche essere trasmesso in modalità wireless a uno smartphone o smartwatch.

Tutto ciò per ora rimane una speculazione. Ma, come tanti altri dispositivi indossabili moderni, questi casi d’uso esistono nel regno della fantascienza solo fino a quando improvvisamente non esistono più.

Un documento che descrive la ricerca era recentemente pubblicato sulla rivista npj Electrical Electronics.

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