Un robot dimostra che un giorno le macchine potrebbero sostituire i chirurghi umani.

Quasi quarant'anni fa, la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) e la NASA iniziarono a promuovere progetti che avrebbero reso possibile la chirurgia a distanza, sia sul campo di battaglia che nello spazio. Da quegli sforzi iniziali emersero sistemi robotici chirurgici come Da Vinci , che funzionano come un'estensione del chirurgo, consentendo l'esecuzione di procedure mini-invasive con controlli remoti e visione 3D. Ma si trattava ancora di un essere umano che utilizzava uno strumento sofisticato. Ora, l'integrazione dell'intelligenza artificiale generativa e dell'apprendimento automatico nel controllo di sistemi come Da Vinci sta iniziando a rendere immaginabile l'emergere di robot chirurgici autonomi.

Questo mercoledì, la rivista Science Robotics ha pubblicato i risultati di uno studio condotto da ricercatori delle università Johns Hopkins e Stanford. Presentano un sistema in grado di eseguire autonomamente diverse fasi di un intervento chirurgico, imparando dai video di operatori umani che operano e ricevendo comandi in linguaggio naturale, proprio come farebbe un tirocinante in medicina.

Come per l'apprendimento umano, il team di scienziati ha integrato i passaggi necessari per completare un intervento chirurgico nel suo addestramento. L'anno scorso, il team della Johns Hopkins, guidato da Axel Krieger, ha addestrato il robot a svolgere tre compiti chirurgici di base: maneggiare un ago, sollevare i tessuti corporei e suturare. Questo addestramento è stato effettuato tramite imitazione e un sistema di apprendimento automatico simile a quello utilizzato da ChatGPT, ma sostituendo parole e testo con un linguaggio robotico che traduce gli angoli del movimento della macchina in calcoli matematici.

Nel nuovo esperimento, due chirurghi umani esperti hanno dimostrato interventi chirurgici di rimozione della cistifellea su tessuto di maiale al di fuori dell'animale. Sono state utilizzate trentaquattro cistifellea per raccogliere 17 ore di dati e 16.000 traiettorie che la macchina ha utilizzato per apprendere. I robot quindi, senza intervento umano e con otto cistifellea mai viste prima, sono stati in grado di eseguire con una precisione del 100% alcuni dei 17 compiti necessari per rimuovere l'organo, come l'identificazione di determinati dotti e arterie, la loro presa precisa, il posizionamento strategico di clip e il taglio con le forbici. Durante gli esperimenti, il modello è stato in grado di correggere i propri errori e di adattarsi a situazioni impreviste.

Nel 2022, lo stesso team ha eseguito il primo intervento chirurgico robotico autonomo su un animale vivo: una laparoscopia su un maiale. Ma quel robot richiedeva tessuti appositamente marcati, in un ambiente controllato e seguendo un piano chirurgico prestabilito. In una dichiarazione del suo istituto, Krieger ha affermato che era come insegnare a un robot a guidare lungo un percorso accuratamente tracciato. Il nuovo esperimento che ha appena presentato sarebbe stato – per il robot – come guidare su una strada sconosciuta basandosi solo sulla conoscenza generale del comportamento di un'auto.

José Granell , responsabile del Dipartimento di Otorinolaringoiatria e Chirurgia Cervico-Facciale dell'Ospedale Universitario HLA Moncloa e professore all'Università Europea di Madrid, ritiene che il lavoro del team della Johns Hopkins "stia iniziando ad avvicinarsi a qualcosa che si avvicina alla chirurgia vera e propria". "Il problema della chirurgia robotica dei tessuti molli è che la biologia ha una grande variabilità intrinseca e, anche conoscendo la tecnica, nel mondo reale ci sono molti scenari possibili", spiega Granell. "Chiedere a un robot di lavorare un osso è facile, ma con i tessuti molli è tutto più difficile perché si muovono. È imprevedibile come reagirà quando si spinge, quanto si muoverà, se quando afferra un'arteria si romperà se si tira troppo forte", continua il chirurgo, e sottolinea: "Questa tecnologia cambia il modo in cui alleniamo la successione di gesti che costituisce la chirurgia".

Per Krieger, questo progresso ci porta "da robot in grado di eseguire compiti chirurgici specifici a robot che comprendono veramente le procedure chirurgiche". Il leader del team che ha compiuto questa svolta con l'aiuto dell'IA generativa afferma: "È una distinzione cruciale che ci avvicina significativamente a sistemi chirurgici autonomi clinicamente validi, in grado di navigare nella realtà caotica e imprevedibile dell'assistenza ai pazienti".

Francisco Clascá , professore di Anatomia umana ed embriologia presso l'Università autonoma di Madrid, accoglie con favore i progressi, ma sottolinea che "si tratta di un intervento chirurgico molto semplice" e che viene eseguito su organi di "animali molto giovani, che non presentano il livello di deterioramento e le complicazioni di una persona di 60 o 70 anni, età in cui questo tipo di intervento è solitamente necessario". Inoltre, il robot è ancora molto più lento di un essere umano che esegue gli stessi compiti.

Un obiettivo “molto lontano”

Mario Fernández, primario del reparto di Chirurgia Testa-Collo dell'Ospedale Universitario Generale Gregorio Marañón di Madrid, considera il progresso interessante, ma ritiene che sostituire i chirurghi umani con le macchine "sia ancora lontano". Mette in guardia dal fascino della tecnologia senza considerarne i reali benefici; e anche il suo prezzo, che la rende non accessibile a tutti.

"Conosco un ospedale in India, ad esempio, dove hanno un robot e possono eseguire due sessioni chirurgiche al mese, operando due pazienti. Un totale di 48 all'anno. Per loro, la chirurgia robotica può essere un modo per divertirsi e imparare, ma non è una realtà per i pazienti", afferma Fernández, che ritiene che "dovremmo apprezzare" i progressi tecnologici, ma che la chirurgia dovrebbe essere valutata per ciò che offre ai pazienti. Come esempio opposto, cita "una tecnica chiamata chirurgia ecografica transorale , sviluppata a Madrid e disponibile in tutto il mondo, che viene eseguita su sei pazienti al giorno".

Krieger ritiene che la loro dimostrazione di concetto dimostri che è possibile eseguire complesse procedure chirurgiche in modo autonomo e che il loro sistema di apprendimento imitativo può essere applicato a più tipi di interventi chirurgici, qualcosa che continueranno a testare con altri interventi.

Guardando al futuro, Granell sottolinea che, oltre a dover continuare a superare le sfide tecniche, il processo di adozione dei robot sarà lento perché in chirurgia "siamo molto conservatori riguardo alla sicurezza del paziente". Solleva anche questioni filosofiche come il superamento della prima e della seconda legge della robotica proposte da Isaac Asimov: "Un robot non può arrecare danno a un essere umano né, per inazione, permettere che un essere umano subisca danno" e "un robot deve obbedire agli ordini impartiti da un essere umano, salvo nei casi in cui tali ordini siano in conflitto con la Prima Legge". Questo specialista sottolinea l'apparente contraddizione posta dal fatto che i chirurghi umani "causano danno, cercando il bene del paziente; e questa è una dicotomia che [per un robot] dovrà essere risolta".