L’innovazione passa ancora una volta dalla Northwestern University, dove un team di ricercatori ha sviluppato un dispositivo wireless in grado di trasmettere informazioni direttamente al cervello, bypassando completamente i canali sensoriali tradizionali.
Un’interfaccia neurale senza fili e sotto la pelle
Il nuovo dispositivo, morbido e flessibile, si posiziona sotto il cuoio capelluto ma sopra il cranio, emettendo pattern di luce capaci di attivare i neuroni attraverso l’osso. A differenza delle tradizionali tecniche di optogenetica, che richiedono fibre ottiche collegate al cervello, questa soluzione elimina ogni vincolo fisico: l’impianto è completamente wireless e programmabile in tempo reale, senza interferire con il comportamento naturale degli animali.
Il sistema utilizza un array di micro-LED — ciascuno delle dimensioni di un capello umano — integrato in un modulo controllabile a distanza. Grazie a questa tecnologia, i ricercatori possono inviare sequenze di luce complesse, replicando schemi di attività cerebrale simili a quelli generati da sensazioni naturali. L’obiettivo è creare stimoli significativi per il cervello senza bisogno di contatto con la pelle o altri organi sensoriali.
Secondo Yevgenia Kozorovitskiy, neurobiologa a capo dello studio, “il cervello traduce costantemente attività elettrica in esperienze; questa tecnologia ci permette di intervenire direttamente su quel processo, aprendo la strada al recupero di sensi persi e a nuove modalità di comunicazione neurale”.
Dalla singola LED all’array programmabile
Il lavoro si basa su ricerche precedenti pubblicate nel 2021, quando il team aveva introdotto il primo dispositivo wireless completamente impiantabile capace di controllare un singolo gruppo di neuroni con la luce. Quell’impianto, già rivoluzionario, permetteva di osservare comportamenti sociali dei topi senza le limitazioni imposte dai fili.
La nuova generazione del dispositivo rappresenta un salto in avanti: l’array contiene fino a 64 micro-LED programmabili individualmente, consentendo sequenze luminose complesse che stimolano diverse aree corticali simultaneamente. Questa capacità permette di emulare schemi distribuiti di attività cerebrale, più vicini a quelli che si verificano durante esperienze sensoriali reali. Tra l’altro, il dispositivo, grande quanto un francobollo e più sottile di una carta di credito, è meno invasivo di soluzioni precedenti: la luce rossa penetra i tessuti fino ad attivare i neuroni attraverso l’osso cranico, evitando perforazioni cerebrali.
Mingzheng Wu, primo autore dello studio, spiega: “Ora possiamo controllare con precisione frequenza, intensità e sequenza temporale della luce. Le combinazioni possibili sono praticamente infinite, consentendo una comunicazione molto più ricca con il cervello rispetto al passato”.
Topi “informati” dalla luce: esperimenti e risultati
Per testare il sistema, i ricercatori hanno utilizzato topi geneticamente modificati per rispondere alla luce. Gli animali sono stati addestrati a interpretare specifici pattern di stimolazione cerebrale associandoli a una ricompensa, come visitare un determinato portale all’interno di una camera di test.
Durante le prove, l’array di LED ha inviato sequenze luminose che attivavano quattro regioni corticali contemporaneamente, trasmettendo codici neurali diretti. I topi hanno imparato rapidamente a distinguere il pattern corretto tra decine di alternative, dimostrando che il cervello poteva interpretare stimoli artificiali come informazioni utili.
“Il comportamento degli animali ci mostra che ricevono un messaggio, anche se non possono comunicarlo verbalmente,” sottolinea Wu. Il successo di questi esperimenti apre la strada a test più complessi, con arrays più grandi, LED più ravvicinati e lunghezze d’onda capaci di penetrare ancora più profondamente nel cervello.
Le implicazioni terapeutiche sono vaste: dai feedback sensoriali per arti protesici alla modulazione del dolore senza farmaci, fino al miglioramento della riabilitazione post-ictus e al controllo diretto di robotica neurale. La piattaforma non solo consente di osservare principi fondamentali della percezione, ma offre anche strumenti concreti per affrontare sfide cliniche.
