Misurare le interazioni umane nel mondo reale
La maggior parte delle interazioni sociali si svolge nell’ambito di movimenti coordinati in tempo reale e nello spazio reale; ciononostante, la ricerca sui processi neurali e fisiologici alla base del comportamento sociale è da tempo ostacolata dalle limitazioni in termini di contesto laboratoriale delle tecnologie e capacità degli strumenti analitici.
Elettroencefalogramma in movimento
Realizzato con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie il progetto EMBRACE(si apre in una nuova finestra) si è proposto di sviluppare un sistema mobile di elettroencefalogramma (EEG) in grado di studiare il modo in cui le persone interagiscono mentre si muovono. Il consorzio ha coinvolto un team interdisciplinare composto da ingegneri biomedici, informatici, neuroscienziati e psicologi che hanno lavorato a stretto contatto con alcuni partner commerciali per raggiungere gli obiettivi del progetto. A differenza dei sistemi EEG tradizionali basati su gel, la soluzione concepita da EMBRACE incorpora elettrodi a fiore secco(si apre in una nuova finestra), così chiamati per la loro disposizione a petalo, che sono stati progettati al fine di mantenere la qualità del segnale e il comfort durante la realizzazione di esperimenti che possono durare fino a tre ore. I perni flessibili migliorano la penetrazione nei capelli e aumentano l’area di contatto dell’elettrodo con la pelle, riducendo l’impedenza e incrementando la stabilità del segnale, mentre la loro disposizione distribuisce la pressione in modo uniforme, aumentando il comfort a livello di indossabilità. Congiuntamente ai nuovi materiali che migliorano la durata meccanica e le prestazioni a lungo termine, queste caratteristiche consentono di monitorare il cervello durante lo svolgimento di attività ad alta intensità di movimento. «Queste innovazioni hanno aperto le porte a uno studio delle interazioni umane effettuato in modo molto più naturale di quanto fosse possibile in precedenza, potenziando le neuroscienze sociali», afferma Silvia Comani, la coordinatrice del progetto.
La sincronizzazione con altri dispositivi
Un’innovazione di spicco messa fornita da EMBRACE è stata la capacità di sincronizzare in tempo reale più sistemi di registrazione indipendenti: il team ha catturato simultaneamente l’attività cerebrale, i segnali cardiaci e polmonari, l’attività muscolare e la cinematica a livello dell’intero corpo di due partecipanti in interazione tra loro. In totale, dieci flussi di dati neurali, fisiologici e di movimento(si apre in una nuova finestra) sono stati registrati e allineati con elevata precisione temporale. Per raggiungere questo obiettivo, l’équipe ha ridotto il numero di dispositivi sincronizzati attraverso un raggruppamento significativo: essi sono stati collegati attraverso un’unità di controllo centralizzata, che ha permesso la distribuzione dei dati in modalità wireless, un monitoraggio continuo e l’allineamento. «A nostra conoscenza, siamo stati i primi a sviluppare una configurazione multimodale così complessa», sottolinea Comani.
Studiare l’interazione sociale in tempo reale
Le nuove tecnologie sono state convalidate mediante la realizzazione di esperimenti in tempo reale, faccia a faccia(si apre in una nuova finestra). I partecipanti hanno preso parte ad attività cooperative e competitive, come il ping-pong, consentendo ai ricercatori di osservare la coordinazione tra due individui in un contesto naturale. Secondo Comani: «Quando si studia il cervello sociale, l’unità fondamentale di analisi dovrebbe essere la diade o il gruppo coinvolto nell’interazione.» Il progetto ha registrato i dati multimodali di 36 diadi, generando un unico set di dati ad accesso aperto. L’analisi continuativa di queste informazioni fornirà importanti conoscenze neurali, cognitive, comportamentali e sociali sul comportamento nel mondo reale, mentre gli approcci basati sull’intelligenza artificiale contribuiranno a delineare i meccanismi alla base dell’interazione sociale.
Passi futuri e applicazioni
Consentendo la registrazione wireless ad alta risoluzione dei segnali cerebrali e corporei durante lo svolgimento di interazioni reali, EMBRACE ha compiuto un passo significativo verso lo studio del cervello sociale in movimento, piuttosto che in isolamento; al tempo stesso, il suo quadro fortemente collaborativo ha rafforzato la capacità di ricerca e ha creato una rete europea duratura che mette in connessione il mondo accademico e quello industriale. I campi di applicazione immediati includono le protesi intelligenti, le interfacce cervello-computer e le neuroscienze sportive, mentre, secondo le previsioni, ulteriori perfezionamenti tecnologici amplieranno la gamma di usi potenziali del sistema concepito da EMBRACE.
