Illustrazione scientifica di una protesi visiva corticale collegata a una telecamera esterna e alla corteccia occipitale
Stimolando direttamente la corteccia visiva, bypassando occhio e retina, i ricercatori permettono a individui ciechi di percepire fosfeni e forme geometriche. Un'interfaccia digitale collega una telecamera al cervello, aprendo la strada alla vista artificiale funzionale anche per chi ha perso completamente la funzione retinica. LEGGI TUTTO L'ARTICOLO
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Come funziona la visione e perché l'occhio non è l'unico ingresso
La visione è un processo che inizia nell'occhio ma si completa interamente nel cervello. La retina converte la luce in segnali elettrici che viaggiano attraverso il nervo ottico fino al nucleo genicolato laterale del talamo, per poi raggiungere la corteccia visiva primaria (V1), situata nel lobo occipitale. È qui, in una striscia di corteccia spessa pochi millimetri ma straordinariamente organizzata in mappe topografiche precise, che i segnali visivi vengono elaborati per la prima volta come immagine coerente.
Questa architettura implica una possibilità teorica fondamentale: se il segnale visivo può essere generato artificialmente e introdotto direttamente nella corteccia visiva, l'occhio diventa facoltativo nel processo percettivo. Pazienti che hanno perso la vista per danni alla retina, al nervo ottico o persino agli occhi stessi — ma con una corteccia visiva intatta e funzionante — potrebbero recuperare una forma di percezione visiva artificiale attraverso la stimolazione elettrica diretta del tessuto corticale. Questa è la premessa scientifica su cui si fondano le protesi della corteccia visiva, uno dei fronti più ambiziosi della neurotecnologia contemporanea.
I fosfeni: la luce che nasce dall'interno
Il fenomeno chiave che rende possibile la protesi corticale è il fosfene: una percezione soggettiva di luce — un bagliore, una macchia luminosa, un punto brillante — che emerge senza alcuno stimolo luminoso esterno, generata direttamente dall'attivazione elettrica dei neuroni della corteccia visiva. I fosfeni non sono un'invenzione moderna: chiunque abbia mai visto "le stelle" dopo una botta in testa ha sperimentato fosfeni meccanici, generati dall'impatto fisico sul lobo occipitale.
La prima stimolazione artificiale deliberata della corteccia visiva per produrre fosfeni fu eseguita dal neurochirurgo Wilder Penfield negli anni Trenta e Quaranta del Novecento, durante interventi neurochirurgici condotti in anestesia locale su pazienti svegli. Penfield scoprì che applicando una piccola corrente elettrica su diverse aree della corteccia visiva poteva evocare percezioni di luci, colori e forme in posizioni prevedibili del campo visivo — il principio della topografia retinotopica, che assegna a ogni neurone corticale una posizione precisa nel campo visivo soggettivo.
Le prime protesi corticali: da Brindley a Dobelle
Il primo tentativo documentato di creare una protesi visiva corticale funzionante risale al 1968, quando il neurofisiologo britannico Giles Brindley impiantò una griglia di 80 elettrodi sulla corteccia visiva di una paziente cieca. La paziente riportò di percepire fino a 40 fosfeni distinti contemporaneamente, in posizioni del campo visivo corrispondenti alla mappa retinotopica. Il risultato fu rivoluzionario per l'epoca, ma la tecnologia degli anni Sessanta non consentiva un controllo sufficientemente preciso per generare immagini riconoscibili.
William Dobelle, bioingegnere americano, portò avanti questa ricerca nei decenni successivi, sviluppando sistemi con un numero crescente di elettrodi collegati a telecamere esterne. Nel 2002 annunciò che un suo paziente cieco era riuscito a guidare lentamente un'automobile in un parcheggio deserto grazie alla sua protesi, riconoscendo le strisce bianche della carreggiata come sequenze di fosfeni. Il risultato dimostrò per la prima volta che una percezione visiva funzionalmente utile poteva essere generata artificialmente attraverso la corteccia, anche in totale assenza di funzione retinica.
La svolta tecnologica: microelettodi ad alta densità e intelligenza artificiale
Il principale limite delle prime protesi era la risoluzione: con pochi decine di elettrodi, le immagini percepite erano approssimative e a bassissima definizione. La svolta degli ultimi anni è venuta da due direzioni convergenti: lo sviluppo di array di microelettodi ad alta densità e l'integrazione di sistemi di intelligenza artificiale per la codifica del segnale visivo.
Il progetto Orion di Second Sight Medical Products, approvato dalla FDA per studi clinici nel 2018, utilizza un array di 60 elettrodi impiantati sulla corteccia visiva e collegati in modo wireless a una telecamera montata su un paio di occhiali. Il sistema converte in tempo reale il flusso video in impulsi elettrici, permettendo ai partecipanti allo studio di percepire forme luminose in movimento, localizzare oggetti e orientarsi in ambienti semplici. I risultati pubblicati nel 2021 hanno mostrato che tutti i partecipanti ciechi testati eseguivano compiti visivi di base con performance significativamente superiori alla cecità completa.
Il progetto ICVP: 1.600 punti di stimolazione indipendenti
L'Intracortical Visual Prosthesis (ICVP), sviluppato da un consorzio di università americane guidato dall'Università di Utah, rappresenta la generazione successiva di tecnologia: invece di elettrodi di superficie, utilizza 16 array di microelettodi intracorticali — aghi in silicio detti Utah Arrays — che penetrano direttamente nel tessuto corticale per alcuni millimetri, stimolando i neuroni in modo molto più preciso. Ogni array porta 100 microelettodi, per un totale di 1.600 punti di stimolazione indipendenti — una risoluzione teorica radicalmente superiore ai sistemi precedenti.
Nel 2023, il team guidato dal ricercatore Michael Beauchamp ha pubblicato i risultati di un trial su una paziente cieca da 16 anni. Grazie ai 16 array Utah impiantati, la paziente è riuscita a riconoscere lettere dell'alfabeto tracciate nello spazio, identificare la direzione di persone in movimento e compiere semplici compiti di navigazione in un corridoio. La qualità dei fosfeni generati era descritta come "puntini di luce" variabili in dimensione e luminosità — non paragonabili alla visione normale, ma sufficientemente informativi da costituire una guida percettiva concreta.
Plasticità corticale e apprendimento: il cervello impara a vedere di nuovo
Una delle scoperte più importanti degli ultimi anni riguarda la plasticità della corteccia visiva in risposta alla stimolazione artificiale: il cervello non è un ricevitore passivo, ma un sistema che si adatta attivamente ai nuovi input. Studi longitudinali su pazienti con protesi corticali mostrano che la qualità della percezione migliora nel tempo, man mano che il cervello impara a interpretare i pattern di fosfeni come rappresentazioni di oggetti reali.
Questo fenomeno di apprendimento corticale ha spinto i ricercatori a integrare nei sistemi di protesi algoritmi di intelligenza artificiale che pre-elaborano il segnale della telecamera prima di convertirlo in stimolazione elettrica. Invece di trasmettere una rappresentazione pixel-per-pixel della scena, i nuovi sistemi usano reti neurali convoluzionali per estrarre le caratteristiche visivamente più rilevanti — bordi, contrasti, forme, movimenti — e codificarle in modo ottimizzato per la stimolazione corticale. Il risultato è una riduzione del numero di elettrodi necessari e un miglioramento sostanziale della comprensibilità dell'immagine percepita.
Sfide aperte: biocompatibilità, risoluzione e longevità degli impianti
Nonostante i progressi, le protesi corticali visive affrontano sfide tecniche e biologiche considerevoli. La prima riguarda la biocompatibilità a lungo termine: il tessuto cerebrale reagisce agli impianti con una risposta infiammatoria progressiva che forma una cicatrice gliale attorno agli elettrodi, riducendone l'efficacia nel tempo. I materiali più promettenti per superare questo problema includono polimeri conduttivi flessibili, elettrodi in carburo di titanio e rivestimenti di idrogel bioattivi che mimano le proprietà meccaniche del tessuto neurale.
La seconda sfida riguarda la risoluzione massima raggiungibile: per ottenere una visione funzionale paragonabile anche solo alla soglia legale della cecità, sarebbero necessari migliaia di elettrodi attivi simultaneamente — un obiettivo ancora lontano dagli attuali 1.600. La terza sfida è la longevità: i sistemi attuali mostrano degradazione del segnale nell'arco di anni. Nonostante queste difficoltà, il ritmo dei progressi è tale che i ricercatori prevedono sistemi di seconda generazione con risoluzione molto superiore entro il 2030.
Le protesi della corteccia visiva rappresentano una delle frontiere più audaci della medicina contemporanea: la possibilità di generare percezione sensoriale direttamente nel cervello, senza passare dagli organi di senso, ridefinisce i confini tra corpo biologico e sistema artificiale. Non si tratta di restituire la vista perduta: si tratta di crearne una nuova, che nasce dall'incontro tra il linguaggio dell'elettronica e la plasticità straordinaria del cervello umano.
