RICERCA ITALIANA     

11 Febbraio 2009

Ambiente domotico, una rivoluzione per i disabili

Un ambiente domotico controllato dai soli impulsi cerebrali, una stanza in cui dispositivi elettronici (tv, lettore dvd, telefono, ventilatore, porte automatizzate, luci ambientali, videocamere e piccolo robot mobile) possono essere azionati grazie alla sola rilevazione dell’attività elettrica cerebrale.

E’ quanto è riuscito a realizzare, dopo 10 anni di ricerche, un team di neurologi, neurofisiologi e bioingegneri guidato da Fabio Babiloni, del Dipartimento di Fisiologia e farmacologia della Sapienza e da Maria Grazia Marciani, docente di neurologia a Tor Vergata.

L’obiettivo della ricerca era quello di generare nuovi ausili per coloro che, a causa di patologie neurodegenerative o traumatiche, possono perdere o hanno perso del tutto il controllo volontario dei muscoli e con esso la capacità di comunicare con l’esterno. Lo sviluppo dell’ambiente domotico intende così mettere a punto una serie di tecnologie, incluse le interfacce fra cervello e computer, in grado di sostituirsi ai nervi periferici e ai muscoli. L’intento è quello di diminuire il livello di dipendenza dagli altri nelle attività della vita quotidiana e ridare alla persona un senso di privacy nella comunicazione e cura della propria persona.

La ricerca è stata realizzata, in collaborazione con la Fondazione Santa Lucia, grazie ai finanziamenti di enti nazionali e internazionali (VII Programma quadro europeo, progetto Tobi e Smart4all) e di fondazioni private (Fondazione Telethon e Fondazione Bnc).

Per saperne di più abbiamo rivolto alcune domande al professor Fabio Babiloni, coordinatore del progetto,

Può raccontarci come si è appassionato a questo genere di studi?
Sin da giovane ho intrapreso lo studio di ingegneria elettronica avendo un forte interesse per lo studio dell’attività cerebrale. Dopo la laurea in ingegneria sono entrato nel Dipartimento di Fisiologia presso l’Università La Sapienza per applicare le tecniche di processamento apprese nei corsi universitari ai “veri” segnali cerebrali. Il campo di studi delle interfacce fra cervello e computer mi è allora sembrato un terreno “naturale” per le mie ricerche, in quanto univa tutti e due i miei interessi scientifici. “Siamo fatti della materia dei nostri sogni” scriveva Shakespeare e questo per me è sempre stato un suggerimento alla sperimentazione scientifica su terreni che mi affascinavano per la loro caratteristica di “futuribilità”.

Che impegno ha richiesto in termini di tempo e di persone coinvolte, lo sviluppo di un ambiente domotico?
Lo sforzo compiuto è stato rilevante, sia dal punto di vista temporale che finanziario. I laboratori in cui la sperimentazione delle interfacce cervello computer è stata iniziata in Italia sono stati quelli presso la Fondazione Santa Lucia, nell’anno 1998 con la partecipazione ad un progetto europeo di tre anni, Adaptive Brain Interface (ABI). Da allora ad oggi, due persone mi sono sempre state accanto a sviluppare questa area di ricerca; queste sono l’ing. Febo Cincotti, mio dottorando e ora responsabile dello sviluppo tecnico di questo settore per la Fondazione Santa Lucia, e la dott.ssa Donatella Mattia, neurologa e responsabile dell’applicazione di tali tecnologie per la neuro riabilitazione, sempre per la Fondazione Santa Lucia. A queste due persone, si sono via via affiancati altri ricercatori come l’ing. Fabio Aloise, responsabile per l’implementazione delle tecnologie di interfacce cervello computer per la stanza domotica, e tanti altri ricercatori attualmente impegnati in tale settore. Dal 1998 ad oggi abbiamo partecipato e stiamo partecipando con la Fondazione Santa Lucia a diversi progetti Europei per lo sviluppo di queste tecnologie di interfacce cervello computer, quali i progetti ABI, MAIA, TOBI, SM4ALL e il progetto COST NeuroMath.
In particolare, se lo sviluppo dell’ambiente domotico è stato un progetto sviluppato nel corso degli ultimi due anni, le tecnologie di cui tale ambiente si avvale affondano nella ricerca sostenuta in questo campo dal team di ricerca dal 1998.

Si tratta di dispositivi molto costosi? O si pensa possano essere alla portata di tutte le persone affette da disabiità motorie?
Mentre il costo dei dispositivi attualmente in funzione risente della natura “prototipale” e non “ingegnerizzata” degli stessi, in quanto la sperimentazione ha bisogno di apparecchi di misura dell’attività cerebrale particolarmente sensibili, è tuttavia un nostro forte desiderio generare tali dispositivi che possano essere alla portata di tutte le persone affette da disabilità motorie. Infatti, nel prossimo anno vorremo generare una impresa spin-off con la partecipazione della Università La Sapienza, della Fondazione Santa Lucia e della più grande casa di elettroencefalografi italiana con lo scopo preciso di generare sistemi a basso costo per consentire una interazione con alcuni dispositivi semplici (schermi di computer, ecc.) anche a casa dei pazienti che non possono muoversi a causa della loro patologia.

La casa domotica presso l’Irccs S. Lucia di Roma, è l’unica in Italia?
In questo momento, più che una casa domotica abbiamo alla Fondazione Santa Lucia un ambiente che consta di diverse apparecchiature di uso comune (registratore DVD, televisore, poltrona semovente, luci, porte) che possono essere comandate mediante l’attività cerebrale. In questo senso è sicuramente l’unico esempio in Italia e per quanto sappiamo anche in Europa. Vogliamo comunque ampliare questa esperienza durante i progetti europei in corso SM4ALL e TOBI.

A che punto è la ricerca in questo settore negli altri paesi?
La ricerca nell’ambito del BCI in Europa e nel resto del mondo (specialmente negli USA) è molto avanzata. Esistono gruppi di ricerca negli USA che hanno realizzato apparati BCI che consentono alle persone di generare messaggi al computer con la sola attività cerebrale, portandoli a casa dei pazienti affetti da malattie degenerative, quali quelli affetti da Sclerosi Laterale Amiotrofica, per ristabilire una qualche forma di comunicazione con l’esterno che tale malattia abolisce. Gruppi in Europa, in Germania e Austria sono molto attivi e si stanno concentrando nel settore dell’interazione con protesi di mano, una applicazione in cui anche noi stiamo ricercando attivamente da un paio di anni.

Ci può spiegare come funziona una casa domotica?
Dal punto di vista scientifico il sistema realizzato si basa sul controllo dei dispositivi tramite la comparsa di una particolare onda cerebrale (detta P300) nel momento in cui un soggetto osserva degli oggetti di interesse sullo schermo. La Figura 1 presenta due schermate del computer di controllo del sistema domotico che il soggetto osserva durante la selezione del dispositivo da attivare. Nella Figura si illustrano alcuni quadri di comando che sono stati realizzati per il controllo dei dispositivi. Si notino i menu ad icone che l’utente può selezionare fermando con l’attività cerebrale il movimento del cursore sullo schermo. Nel riquadro di sinistra per esempio si noti il bottone relativo all’SOS che lancia un allarme verso i telefoni cellulari dei caregiver del paziente. A destra della figura si nota invece un menu che comprende l’accensione e lo spegnimento della luce, nonché l’elevazione e l’abbassamento di una poltrona mobile.
Per questo il monitor del sistema di controllo presenta una serie di oggetti che è possibile comandare dal paziente. Questi, tramite la sola attenzione visiva, riesce a produrre una onda P300 che gli opportuni dispositivi di acquisizione (acquisiti con il contributo specifico della Fondazione BNC) possono catturare. Una volta all’interno del computer il sistema software, realizzato dagli ingegneri che hanno prestato la loro opera per la realizzazione dell’iniziativa (finanziati dalla Fondazione Santa Lucia e dall’Università La Sapienza), può analizzare in tempo reale le forme d’onda e scoprire se c’è questo complesso P300 nel segnale EEG. Successivamente, se il segnale P300 è presente all’interno del segnale viene attivato il comando specifico per il controllo del dispositivo prescelto. Il computer allora manda un opportuno segnale di controllo al dispositivo per accenderlo o spegnerlo a seconda della volontà dell’utente. Per dispositivi più complessi, come il robot, si apre un menu secondario sullo schermo del computer che presenta una serie di comandi disponibili per la guida dell’oggetto selezionato. Ancora una volta il paziente potrà selezionare il comando voluto concentrando la sua attenzione verso l’item proposto sullo schermo. Al passaggio del cursore su tale item l’attività cerebrale del soggetto genera la forma d’onda P300 e il computer si rende conto dell’azione richiesta, implementandola pochi millisecondi più tardi.
La Figura 2 illustra due momenti distinti del comando di alcuni dei dispositivi nella stanza domotica per la riabilitazione motoria. Infatti, vengono presentati alcuni momenti del comando dei dispositivi elettronici da parte della modulazione dell’attività cerebrale come rilevata e processata nella stanza domotica attrezzata per la riabilitazione motoria all’interno della Fondazione Santa Lucia di Roma. In particolare, nei riquadri A e B si osserva in successione come la modulazione dell’attività elettrica cerebrale possa accendere una luce posta sopra l’osservatore (B). Si noti lo schermo del computer che mostra il particolare comando selezionato. Nei riquadri C e D si nota invece come la modulazione dell’attività cerebrale possa comandare la direzione di un robot semovente con a bordo una WEB cam per portare la presenza del motuleso in altri ambienti. Si noti sullo schermo del computer nel riquadro C la visione dell’immagine della telecamera posta sulla testa del robot

Come fanno gli elettrodomestici a distinguere le diverse attività elettriche cerebrali?
Gli elettrodomestici per quanto detto prima ricevono il comando di attivarsi o meno da parte del computer del sistema di controllo centralizzato. La scelta di quale elettrodomestico attivare è eseguita dall’utente tramite l’interazione con il pannello di controllo centrale tramite le onde cerebrali P300.

In pratica, se si vuole accendere la tv, succederà sempre e solo questo, o si accenderà il ventilatore?
La risposta non può che essere affermativa, cioè l’utente seleziona l’icona della TV sullo schermo del pannello centrale di controllo dell’ambiente domotico e determina l’accensione o lo spegnimento della stessa. Non c’è possibilita’ di determinare a quello stadio l’accensione o lo spegnimento di un altro dispositivo elettrico.

Vuole aggiungere qualcos’altro?
Si, vorrei prima ringraziare le fonti di finanziamento, non sempre pubbliche, che hanno sostenuto la nostra ricerca in questi anni. Infatti, tali ricerche hanno avuto il supporto economico otre che della Fondazione Santa Lucia e dell’UniversitLa Sapienza anche dalle agenzie di finanziamento private quali Telethon, Fondazione Banca Nazionale Comunicazioni, così come dal Ministero degli Affari Esteri mediante il programma bilaterale Italia-Cina.