Protesi acustiche intelligenti, guidate direttamente dal cervello

Già oggi 430 milioni di persone nel mondo convivono con una perdita dell’udito invalidante e l’Organizzazione mondiale della sanità (Oms) stima che questo numero salirà a 700 milioni (una persona su 10) entro il 2050. E i supporti acustici, per quanto facciano la differenza, non sono strumenti perfetti. Un grosso limite degli apparecchi attuali, infatti, è quello di amplificare indistintamente tutti i suoni percepiti dal microfono, rendendo difficile per le persone che ne fanno uso seguire una conversazione specifica in un ambiente rumoroso. Oggi, però, un team dello Zuckerman Institute della Columbia University ha fatto un importante passo avanti verso dispositivi di nuova generazione che, guidati dall’attività cerebrale, saranno in grado di identificare in automatico l'interlocutore e attenuare i suoni circostanti. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature Neuroscience.

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Una voce sopra il rumore

Per trasformare gli apparecchi acustici da semplici amplificatori in estensioni neurali capaci di captare l’intenzione dell’utente, i ricercatori hanno studiato il cosiddetto "cocktail party effect", ossia la capacità del cervello umano di isolare una voce in mezzo a una moltitudine di altri suoni. La corteccia uditiva umana - spiegano - produce una firma neurale specifica per la voce che decidiamo di ascoltare consapevolmente, una traccia che può essere seguita e letta da un dispositivo appositamente addestrato, rendendolo un filtro dinamico che imita i processi cognitivi per isolare la voce desiderata.

Leggere il pensiero uditivo in tempo reale

Per addestrare e testare il sistema, gli scienziati hanno collaborato con quattro pazienti epilettici che avevano già elettrodi impiantati nel cervello per scopi clinici legati alla loro patologia. I sensori a diretto contatto col tessuto cerebrale sono stati essenziali in questa fase per assicurarsi un segnale ad alta risoluzione. Ai volontari è stato chiesto di ascoltare due conversazioni sovrapposte e, grazie all’elettroencefalografia intracranica, il sistema ha potuto identificare la firma neurale seguendo l'attenzione dell’ascoltatore in tempo reale e mettendo in primo piano lo stimolo di interesse. La tecnologia ha dimostrato una velocità sorprendente, riuscendo ad adattarsi ai cambiamenti di focus dell'utente in pochi secondi, sia quando il cambio di attenzione era richiesto dai ricercatori sia quando avveniva in modo del tutto spontaneo e volontario. L'efficacia del sistema è stata valutata tramite le percezioni dei partecipanti, che hanno riferito un miglioramento significativo dell'intelligibilità del parlato, cioè la chiarezza con cui le parole vengono comprese. Un beneficio confermato anche dalla pupillometria, una tecnica che misura la dilatazione delle pupille come indicatore dello sforzo cognitivo: pupille meno dilatate indicano che il cervello sta facendo meno fatica per elaborare le informazioni.

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Verso protesi acustiche di nuova generazione

Lo studio ha poi coinvolto 40 persone con ipoacusia per uno studio di validazione percettiva, cioè per verificare se l'audio elaborato e potenziato dal sistema basato sui segnali neurali potesse offrire benefici concreti a chi soffre di ipoacusia da lieve a moderata. In questo secondo step i test hanno mostrato un beneficio oggettivo ancora maggiore rispetto alle persone con udito normale: il sistema si è dimostrato capace di aiutare a superare le barriere acustiche che rendono la vita quotidiana dei pazienti più faticosa, migliorando sensibilmente la loro capacità di comunicazione.

L’applicazione di elettrodi intracranici non è certo una soluzione pratica per l'uso quotidiano su vasta scala, ma questo studio stabilisce un punto di riferimento per il futuro della medicina uditiva: creare un'interfaccia cervello-computer efficace è possibile. Il prossimo passo sarà lo sviluppo di sensori meno invasivi e di algoritmi ancora più efficienti che possano funzionare su dispositivi indossabili simili a comuni auricolari.