Il più piccolo impianto cerebrale wireless al mondo

Tre laboratori, tre approcci, un obiettivo: liberare il cervello dai cavi

In articoli pubblicati tra novembre e dicembre 2025, alcuni team di ricerca di Cornell, Columbia/Stanford/UPenn e MIT hanno descritto tre percorsi molto diversi verso interfacce cerebrali wireless e minimamente invasive. Presso la Cornell e la Nanyang Technological University, i ricercatori hanno svelato MOTE, un dispositivo optoelettronico su microscala letteralmente più piccolo di un granello di sale, che ha registrato spike neurali nei topi per oltre un anno. Alla Columbia e presso i suoi collaboratori clinici, gli ingegneri hanno presentato BISC, un impianto di silicio sottile come un foglio di carta che integra decine di migliaia di elettrodi e un collegamento wireless da 100 megabit. E al MIT, gli scienziati hanno introdotto la "circulatronics": ibridi cellula-elettronica in grado di viaggiare attraverso il flusso sanguigno, attraversare la barriera emato-encefalica intatta e auto-impiantarsi in un sito bersaglio per fornire una stimolazione elettrica mirata. Ogni progetto affronta un diverso collo di bottiglia — dimensioni, larghezza di banda o rischio chirurgico — e insieme illustrano quanto siano diverse le scelte tecniche quando si tenta di posizionare l'elettronica accanto ai neuroni.

Estremi della miniaturizzazione: il MOTE

Nei test di laboratorio, il dispositivo è stato posizionato o iniettato nella corteccia a barile del topo e ha registrato in modo affidabile sia gli spike dei singoli neuroni che la più ampia attività sinaptica nel corso di un anno, producendo cicatrici minime. Il team ha applicato rivestimenti protettivi atomicamente sottili durante la fabbricazione per rallentare la corrosione nell'ambiente fluido del cervello e sottolinea che i materiali del dispositivo potrebbero essere compatibili con la risonanza magnetica — un vantaggio pratico significativo per il futuro lavoro clinico. L'articolo sul MOTE è apparso su Nature Electronics ed è importante perché dimostra una registrazione cronica e senza fili a una scala molto più ridotta di quanto precedentemente ritenuto fattibile.

Chip corticali ad alta larghezza di banda e sottili come carta: la piattaforma BISC

Il design BISC a chip singolo contiene 65.536 elettrodi, 1.024 canali di registrazione e oltre 16.000 canali di stimolazione, oltre a radio on-chip e gestione della potenza. Nei test pubblicati, il sistema ha dimostrato una stazione di rilancio che collega l'impianto a computer esterni con un collegamento radio a banda ultralarga capace di circa 100 Mbps — una velocità di trasmissione di ordini di grandezza superiore alla maggior parte delle BCI wireless odierne. Tale larghezza di banda è ciò che rende BISC attraente per le neuroprotesi cliniche e per collegare l'attività della popolazione corticale ai decodificatori di apprendimento automatico. L'impianto è stato fabbricato utilizzando processi di fonderia di semiconduttori consolidati e il team ha già iniziato brevi studi intraoperatori sull'uomo e ha dato vita a una startup per commercializzare il dispositivo.

Somministrazione non chirurgica: la circulatronics del MIT

I ricercatori hanno testato la circulatronics nei topi e hanno mostrato il puntamento di regioni cerebrali infiammate e la stimolazione locale con precisione micrometrica, evitando al contempo il danno tissutale e l'attacco immunitario che affliggono gli impianti più grandi. Il lavoro è apparso su Nature Biotechnology e traccia una possibile via non chirurgica verso milioni di siti di stimolazione microscopici, con ovvie implicazioni per il trattamento dell'infiammazione focale, del glioblastoma o delle lesioni diffuse difficili da raggiungere chirurgicamente.

Energia, comunicazione e sistema immunitario: i compromessi che definiscono il settore

Quando si confrontano le tre piattaforme, le differenze si riducono ad alcuni compromessi ingegneristici fondamentali. L'alimentazione e la telemetria dominano il design: MOTE utilizza la luce trasmessa sia per l'energia che per la segnalazione ottica in uscita, consentendo dimensioni minuscole al costo di una velocità dati limitata e di una ridotta penetrazione in profondità. BISC utilizza radio on-chip e un rilancio esterno per ottenere un throughput di dati molto elevato e una stimolazione integrata, ma richiede il posizionamento nello spazio subdurale e un modulo di rilancio indossabile. La circulatronics evita del tutto la chirurgia sfruttando le cellule per trasportare l'elettronica, ma ciò richiede un'attenta ingegneria biologica per controllare dove vadano i dispositivi e come si comportino una volta arrivati.

La biocompatibilità è un altro asse portante. I fluidi cerebrali corrodono l'elettronica e provocano risposte immunitarie; i team utilizzano diverse contromisure — rivestimenti protettivi a strato atomico per MOTE, substrati conformali flessibili per BISC e camuffamento con cellule vive per la circulatronics. Ogni strategia porta nuove incertezze: minuscoli dispositivi che sfuggono al tracciamento, il destino a lungo termine degli ibridi iniettati o interazioni inaspettate con le modalità di imaging e altri dispositivi medici.

Percorsi clinici, commercializzazione e ostacoli normativi

Tutti e tre i progetti sono esplicitamente traslazionali ma affrontano sfide normative e commerciali differenti. L'uso da parte di BISC di una produzione di semiconduttori consolidata e il suo inserimento chirurgico subdurale si adattano naturalmente alle normative esistenti sugli impianti e ai flussi di lavoro neurochirurgici, il che aiuta il passaggio verso i trial clinici. Il MOTE della Cornell è molti passi più lontano dall'uso umano: le registrazioni croniche sui topi sono incoraggianti, ma scalare l'alimentazione ottica e la raccolta dati attraverso lo spessore del cranio umano rimane un ostacolo tecnico. Il concetto di circulatronics del MIT è il più dirompente dei tre dal punto di vista clinico — eliminando la craniotomia a favore di una via iniettabile — ma attirerà anche il maggior controllo normativo perché attraversa deliberatamente la barriera emato-encefalica e utilizza cellule vive come trasporto.

L'attività commerciale è già in corso: i ricercatori di Columbia/Stanford hanno lanciato una società per produrre kit di ricerca BISC, e il team del MIT ha in programma di muoversi verso i trial attraverso una startup. Le fonti di finanziamento includono i National Institutes of Health statunitensi e, in alcuni casi, programmi di derivazione della difesa che hanno a lungo sostenuto lavori di ingegneria neurale ad alto rischio. Questo mix accelera la ricerca ma riapre questioni sul "doppio uso" e sulla governance per potenti tecnologie cervello-computer.

Etica, sicurezza e cosa significhi davvero "wireless" per la mente

Man mano che gli impianti diventano più piccoli e i collegamenti wireless più veloci, le questioni etiche si spostano dal rischio chirurgico a domande sulla privacy, la proprietà dei dati e il controllo. Dispositivi ad alta larghezza di banda come BISC portano il potenziale di registrare, decodificare e stimolare con alta risoluzione temporale e spaziale — capacità che sollevano difficili interrogativi su chi possa accedere ai dati neurali, su come vengano archiviati e analizzati e su come prevenire interferenze indesiderate. Gli impianti in miniatura come MOTE o la circulatronics auto-somministrante sfidano i quadri normativi che presuppongono che i dispositivi siano fisicamente rintracciabili e rimovibili. Ricercatori e clinici enfatizzano gli obiettivi terapeutici — controllo dell'epilessia, recupero dalla paralisi, ripristino visivo — ma ingegneri ed eticisti stanno già sollecitando un lavoro parallelo su standard per la sicurezza, il consenso informato e il follow-up a lungo termine.

Un futuro plurale per le interfacce neurali

Ciò che emerge da questi lavori non è un singolo vincitore, ma una cassetta degli attrezzi. Per alcune applicazioni — controllo protesico ad alte prestazioni o mappatura corticale per scopi di ricerca — un chip su scala wafer ad alta larghezza di banda come BISC sembra il più promettente. Per il monitoraggio minimamente invasivo o l'interfacciamento con organoidi e piccole strutture neurali, i microdispositivi ottici in stile MOTE potrebbero aprire la strada a esperimenti precedentemente impossibili. E per la neuromodulazione terapeutica dove la chirurgia non è praticabile, la circulatronics trasportata dalle cellule suggerisce un'alternativa radicale.

Queste possibilità sono entusiasmanti, ma tradurle in tecnologie cliniche sicure ed eque richiederà anni di ingegneria, studi a lungo termine su animali e umani, lavoro normativo e un dibattito pubblico sugli usi accettabili. Il prossimo futuro degli impianti cerebrali non è quindi un singolo miracolo in miniatura, ma un insieme in espansione di compromessi che clinici, regolatori e società dovranno valutare attentamente.

Fonti

• Nature Electronics (articoli di ricerca su MOTE e BISC)
• Nature Biotechnology (articolo di ricerca sulla circulatronics)
• Cornell University (Molnar lab, Cornell NanoScale Facility)
• Columbia University School of Engineering and Applied Science (collaborazione BISC)
• MIT Media Lab / Nano‑Cybernetic Biotrek Lab (ricerca circulatronics)
• DARPA Neural Engineering System Design program