Creato un terzo pollice robotico

Secondo un nuovo studio, l'utilizzo di un terzo pollice robotico può influire sul modo in cui la mano è rappresentata nel cervello.

Il team ha addestrato le persone a usare un pollice extra robotico e ha scoperto che potevano svolgere efficacemente compiti abili, come costruire una torre di blocchi, con una mano (ora con due pollici). I ricercatori riferiscono sulla rivista Science Robotics (1) che i partecipanti addestrati a usare il pollice si sentivano sempre più come se fosse una parte del loro corpo.

La designer Dani Clode ha iniziato a sviluppare il dispositivo, chiamato Third Thumb, come parte di un premiato progetto di laurea presso il Royal College of Art, cercando di riformulare il modo in cui vediamo le protesi, dalla sostituzione di una funzione persa, a un'estensione del corpo umano. Successivamente è stata invitata a unirsi al team di neuroscienziati della professoressa Tamar Makin (2) presso l'UCL che stava studiando come il cervello può adattarsi all'aumento del corpo.

La dottoressa Tamar Makin (UCL Institute of Cognitive Neuroscience), autrice principale dello studio, ha dichiarato: «L'estensione del corpo è un campo in crescita volto ad estendere le nostre capacità fisiche, ma ci manca una chiara comprensione di come il nostro cervello possa adattarsi ad esso. Studiando le persone che utilizzano il terzo pollice progettato in modo intelligente della dottoressa Dani Clode, abbiamo cercato di rispondere alle domande chiave sul fatto che il cervello umano sia in grado di supportare una parte del corpo in più e in che modo la tecnologia potrebbe influire sul nostro cervello».

Il terzo pollice è stampato in 3D, rendendolo facile da personalizzare, ed è indossato sul lato della mano opposto al pollice effettivo dell'utente, vicino al mignolo. Chi lo indossa lo controlla con sensori di pressione attaccati ai loro piedi, sul lato inferiore degli alluci. Collegati in modalità wireless al pollice, entrambi i sensori delle dita controllano i diversi movimenti del pollice rispondendo immediatamente a sottili cambiamenti di pressione da parte di chi lo indossa.

Per lo studio, 20 partecipanti sono stati addestrati a utilizzare il pollice per cinque giorni, durante i quali sono stati anche incoraggiati a portare il pollice a casa ogni giorno dopo l'allenamento per usarlo negli scenari di vita quotidiana, per un totale di 2-6 ore di utilizzo al giorno. Questi partecipanti si sono poi confrontati con un gruppo aggiuntivo di 10 partecipanti di controllo che indossavano una versione statica del pollice durante il completamento della stessa formazione.

Durante le sessioni quotidiane in laboratorio, i partecipanti, supportati da un addestratore all'uso del pollice, si sono concentrati su attività che hanno contribuito ad aumentare la cooperazione tra la loro mano e il pollice, come raccogliere più palline o bicchieri di vino con una mano. Hanno imparato le basi dell'uso del pollice molto rapidamente, mentre la formazione ha permesso loro di migliorare con successo il controllo motorio, la destrezza e la coordinazione mano-pollice. I partecipanti sono riusciti a usare il pollice quando erano distratti, costruendo una torre di blocchi di legno mentre facevano un problema di matematica, o mentre erano bendati.

Il designer Dani Clode (UCL Institute of Cognitive Neuroscience e Dani Clode Design), che faceva parte del team di ricerca principale, ha dichiarato: «Il nostro studio mostra che le persone possono imparare rapidamente a controllare un dispositivo di potenziamento e usarlo a proprio vantaggio, senza pensarci troppo. Abbiamo visto che durante l'utilizzo del terzo pollice, le persone cambiavano i movimenti naturali della mano e hanno anche riferito che il pollice robotico sembrava parte del proprio corpo».

La prima autrice dello studio, la dottoressa Paulina Kieliba (3) (UCL Institute of Cognitive Neuroscience) ha dichiarato: «L'aumento del corpo potrebbe un giorno essere prezioso per la società in molti modi, ad esempio consentire a un chirurgo di cavarsela senza un assistente o a un operaio di una fabbrica di lavorare di più in modo efficiente. Questa linea di lavoro potrebbe rivoluzionare il concetto di protesi e potrebbe aiutare qualcuno che in modo permanente o temporaneo può usare solo una mano, a fare tutto con quella mano. Ma per arrivarci, dobbiamo continuare a ricercare le complicate domande interdisciplinari di come questi dispositivi interagiscono con il nostro cervello».

Prima e dopo la formazione, i ricercatori hanno scansionato il cervello dei partecipanti utilizzando la fMRI (Functional magnetic resonance imaging), mentre i partecipanti muovevano le dita individualmente (non indossavano il pollice mentre erano nello scanner). Il team scientifico ha rilevato piccoli mutamenti ma significativi nel modo in cui la mano, che era stata aumentata con il terzo pollice (ma non l'altra mano), era rappresentata nella corteccia sensomotoria del cervello. Nel nostro cervello, ogni dito è rappresentato distintamente dagli altri; tra i partecipanti allo studio, il modello di attività cerebrale corrispondente a ogni singolo dito è diventato più simile (meno distinto).

Una settimana dopo, alcuni dei partecipanti sono stati nuovamente scansionati e i cambiamenti nell'area della mano del loro cervello si erano attenuati, suggerendo che i cambiamenti potrebbero non essere a lungo termine, sebbene siano necessarie ulteriori ricerche per confermarlo.

La dottoressa Paulina Kieliba ha dichiarato: «Il nostro studio è il primo che esamina l'uso di un dispositivo di potenziamento al di fuori di un laboratorio. È il primo studio di potenziamento svolto in più giorni di formazione prolungata e il primo ad avere un gruppo di confronto non addestrato. Il successo del nostro studio mostra il valore dei neuroscienziati che lavorano a stretto contatto con progettisti e ingegneri, per garantire che i dispositivi di potenziamento sfruttino al massimo la capacità del nostro cervello di apprendere e adattarsi, assicurando anche che i dispositivi di potenziamento possano essere utilizzati in sicurezza».

La professoressa Tamar Makin ha aggiunto: «L'evoluzione non ci ha preparato a utilizzare una parte del corpo in più. Abbiamo scoperto che per estendere le nostre capacità in modi nuovi e inaspettati, il cervello dovrà adattare la rappresentazione del corpo biologico».

I ricercatori, con sede presso l'UCL e l'Università di Oxford, sono stati supportati dall'European Research Council, Wellcome e dal Sir Halley Stewart Charitable Trust.

Riferimenti:

(1) Robotic hand augmentation drives changes in neural body representation

(2) Tamar Makin

(3) People — Plasticity Lab - UCL

Descrizione foto: La designer Dani Clode con il suo dispositivo “Third Thumb”. - Credit: Dani Clode.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Robotic ‘Third Thumb’ use can alter brain representation of the hand