Digital Twin neuromorfi: nuove prospettive per la neurotecnologia

Nel panorama della ricerca sulle neurotecnologie, i digital twin rappresentano una delle frontiere più promettenti. All’interno dello Spoke 2 dell’ecosistema RAISE, dedicato allo sviluppo di tecnologie intelligenti e robotiche per la salute e la società, un gruppo di ricercatori dell’Università di Genova esplora nuove possibilità di applicazione di questi modelli nel campo delle neuroscienze.

Ne parliamo con Michela Chiappalone (UniGe), ricercatrice coinvolta nello sviluppo di un progetto che punta a portare il concetto di digital twin oltre la dimensione puramente virtuale, fino a immaginare veri e propri sistemi neuromorfi capaci di interagire con il cervello biologico.

Come nasce l’idea del progetto sui digital twin all’interno di RAISE?

L’idea ha preso forma quasi naturalmente, dall’incontro tra una ricerca già avviata e il contesto creato da RAISE. In quel periodo collaboravo con l’Università di Bordeaux grazie a un progetto dell’Università Italo-Francese che finanziava scambi tra gruppi di ricerca. Insieme lavoravamo allo sviluppo di una rete di neuroni artificiali in grado di mimare il comportamento di una rete biologica.

Quando ho iniziato a occuparmi del work package dedicato ai digital twin nello Spoke 2 di RAISE, ho capito che ciò che stavamo costruendo si inseriva perfettamente in quel paradigma. Il digital twin nasce come copia digitale di un oggetto fisico capace di interagire con esso. Nel nostro caso avevamo qualcosa di leggermente diverso: una copia fisica, realizzata in hardware, di un sistema neurale. Da lì è nata l’idea di utilizzare questa rete artificiale come modello in grado di dialogare con un sistema biologico reale.

In che modo questa tecnologia potrebbe essere utilizzata?

L’obiettivo è sviluppare strumenti in grado di progettare nuove strategie di stimolazione elettrica del cervello. Se disponiamo di una replica del sistema neuronale che si comporta come quello biologico, possiamo sperimentare diverse modalità di stimolazione e capire quali risultano più efficaci.

In prospettiva questo approccio potrebbe guidare lo sviluppo di terapie basate su dispositivi neuromorfi. Parliamo quindi di sistemi elettronici che riproducono il funzionamento delle reti neuronali biologiche e che, un giorno, potrebbero affiancare il cervello in processi di recupero o riparazione.

Da qui nasce anche il concetto di “Neuromorphic Twin”?

Esatto. Durante il progetto abbiamo sentito l’esigenza di distinguere il nostro approccio dai digital twin tradizionali. Nel nostro caso non si tratta solo di un modello virtuale, ma di una replica fisica, un chip progettato per comportarsi come una rete neurale biologica.

Per descrivere questa idea abbiamo coniato il termine “Neuromorphic Twin”. Insieme ai colleghi dell’Università di Bordeaux abbiamo sviluppato una riflessione teorica su questo concetto e sulle sue possibili applicazioni in ambito biomedico. Il lavoro è stato pubblicato su Nature Communications. Nell’articolo proponiamo anche una possibile roadmap verso la traslazione clinica.

Qual è stato il ruolo di RAISE nello sviluppo di questa idea?

RAISE ha funzionato da vero catalizzatore. L’ecosistema mette in contatto ricercatori con competenze molto diverse: ingegneri, neuroscienziati, clinici, esperti di robotica e di trasferimento tecnologico. Questo confronto continuo aiuta a guardare il proprio lavoro da prospettive nuove.

Nel mio caso è stato particolarmente utile dialogare con colleghi che lavorano già sul passaggio dalla ricerca di laboratorio alla pratica clinica. Quando si sviluppa una tecnologia, spesso il laboratorio diventa l’orizzonte naturale. In un contesto come RAISE, invece, diventa spontaneo chiedersi come quella tecnologia possa arrivare davvero ai pazienti.

Questa prospettiva ha cambiato il modo di pensare la ricerca?

Direi che ha rafforzato una sensibilità che già esisteva. La ricerca ha tempi lunghi e richiede cautela, soprattutto quando si parla di applicazioni cliniche. Tuttavia è importante porsi fin dall’inizio il problema della possibile applicazione.

RAISE aiuta proprio in questo: riunisce persone con esperienze diverse e crea un ambiente in cui la dimensione traslazionale diventa parte naturale della discussione scientifica. Anche quando un’idea resta ancora lontana dall’applicazione, il confronto con clinici e tecnologi aiuta a orientare meglio la ricerca.

Un altro aspetto spesso citato dai ricercatori è la collaborazione tra istituzioni. È stato così anche per voi?

Assolutamente sì. Uno dei risultati più interessanti di RAISE riguarda proprio la creazione di nuove connessioni tra gruppi che lavorano nello stesso territorio ma raramente si incontrano.

Nel nostro caso il dialogo con clinici e neurochirurghi ha aperto prospettive che prima consideravamo lontane. Per esempio, alcune discussioni con il gruppo di neurochirurgia pediatrica dell’Istituto Gaslini hanno suggerito possibili applicazioni in ambiti che vanno oltre le neuroscienze di base.

Guardando ai prossimi anni, cosa resta di questa esperienza?

Sicuramente le collaborazioni. Con il gruppo dell’Università di Bordeaux, insieme all’Università di Zurigo, abbiamo avviato un nuovo progetto internazionale finanziato dal programma Science for Peace and Security della NATO. Il progetto, chiamato BIONIC (Biohybrid Intelligence for Next-generation Innovative Computing), parte proprio dall’idea dei neuromorphic twin e proseguirà per i prossimi tre anni.

Inoltre abbiamo coinvolto nel progetto anche alcune aziende del territorio (Corticale e Swhard) entrate nell’ecosistema RAISE attraverso i bandi a cascata. Questo dimostra come la rete costruita in questi anni continui a generare nuove opportunità.

Possiamo dire che RAISE ha creato un effetto volano?

Sì, credo sia una buona definizione. Il progetto ha permesso di avviare studi che prima non avevano risorse dedicate e ha creato un ambiente fertile per nuove idee. Alcune collaborazioni nate durante questi tre anni stanno già dando origine a nuovi progetti e finanziamenti.

Per chi fa ricerca, questo è forse il risultato più importante: costruire relazioni scientifiche solide e condividere una visione comune su come trasformare la conoscenza in innovazione. In questo senso lo Spoke 2 di RAISE ha offerto un terreno straordinario per far crescere idee che continueranno a svilupparsi anche oltre la durata del progetto.

Scopri di più sul progetto RAISE, ascolta (o guarda) il podcast “Incontri con il futuro”