Mimicking motion

Pietro and his five fellow researchers are working on a wireless brain-computer interface. It involves implanting minuscule chips into the brain that collect information about brain activity. These tiny devices compress and encode the information. Then they send the data to a “central neural hub,” just below the skull, which translates the signals into comprehensible information. As Pietro explains, “This is the part where we learn to read the brain. The next step is to be able to write brain activity. Being able to read the information tells us what activities cause someone to raise their hand, for example. With that information, we can start mimicking the movement.”

This entire process must ultimately be done as efficiently as possible, wirelessly and with as little energy as possible, Pietro continues. “The ultimate goal is to give people their freedom of movement back. People with Parkinson’s disease, for example, or people who are partially paralyzed after a stroke.”

“System guy”

That’s still a long way in the future, though, Pietro stresses. For now, he and his fellow researchers are working on the brain-computer interface. He handles both the software and hardware side. “I’m more or less the one who brings everything together. In other words, I’m the ‘system guy.’” The team includes a neuroscientist and analog designers as well as Pietro. “We know very little about the brain compared to other organs, even though we use it very intensively.”

The doctoral student also did his graduate internship at imec’s Holst Centre. Remotely, though, since it was during the COVID pandemic. Pietro is Italian and grew up in southern Italy. He emphasizes “the south,” because it’s very different from the north. As he puts it, “we are part of the sun.” It was through the University of Calabria, where he studied electrical engineering, that he came into contact with imec and the Holst Centre.

Rigorous

“It was a time when I learned a lot, and a pleasant collaboration,” he reveals, “I was mentored during my graduate internship by one of the most approachable individuals I have ever met. At first, I still thought this was mostly a character trait of his. Since actually being here, I now know that everyone within imec treats each other as equals. Everyone wants to help each other.”

His graduate internship stimulated Pietro to look for other opportunities for research within imec, and he scoured the website. “I saw Yao-Hong’s project and responded to a job posting for a PhD position to do with the ‘Intranet of Neurons.’ Honestly, I never thought I’d end up getting this position; there were fifty other applicants.” The application process was rigorous, he continues: “I responded to the job opening in November, followed by many interviews and an extensive assessment. Six months later, I was hired and could start. I moved to the Netherlands in April 2022.”

Discovering something new every time

Living in Holland took some getting used to, Pietro confesses. He has since found his way around: “I even brave the rain.” Still, what he misses most is Italian cooking: “I take time on Sundays, for example, to make a real ‘ragù alla bolognese’ (Bolognese sauce).” Besides spending time at work and in the kitchen, Pietro really enjoys going on in-depth visits to museums, among other things. “For instance, I’ve been to the Van Gogh Museum three times now. I start at the beginning every time, because I want to be completely absorbed in the thought behind the artworks. I still haven’t gotten as far as the third floor yet. I discover something new every time. And that’s also true of my work.”

Van stagiair naar promovendus bij imec Eindhoven

Pietro Russo is 28 jaar oud en promovendus bij imec the Netherlands en de Technische Universiteit Eindhoven. Hij werkt aan ‘het intranet van neuronen’ project. Een door de Europese Onderzoeksraad (ERC proof of concept grant) gefinancierd project dat geleid wordt door Yao-Hong Liu, wetenschappelijk directeur bij imec at Holst Centre. Pietro startte in 2022 met zijn onderzoek en is nu halverwege de vier jaar die ervoor staan. Zijn onderzoek behelst, kortweg, het vertalen van de signalen tussen de hersencellen naar begrijpelijke informatie.

Beweging nabootsen

Pietro en zijn vijf collega-onderzoekers werken aan een draadloze brein-computer interface. Minuscuul kleine chips, die in de hersenen worden geïmplanteerd, verzamelen informatie over de hersenactiviteit. Zo’n klein apparaat comprimeert en codeert de informatie. Vervolgens verzendt het de data naar een ‘centrale neurale hub’, net onder de schedel, die de signalen vertaalt naar begrijpelijke informatie. Pietro: “Dit is het gedeelte waarin we leren de hersenen te lezen. De volgende stap is hersenactiviteit te kunnen schrijven. Door de informatie te kunnen lezen, weten we welke activiteiten ervoor zorgen dat iemand bijvoorbeeld zijn hand omhoog doet. Met die informatie kunnen we de beweging gaan nabootsen.”

Dit gehele proces moet uiteindelijk zo efficiënt mogelijk, draadloos en met zo min mogelijk energie gebeuren, gaat Pietro verder. “Het ultieme doel is mensen hun bewegingsvrijheid terug te geven. Zoals mensen met de ziekte van Parkinson of mensen die na een beroerte gedeeltelijk zijn verlamd.”

‘System guy’

Dat is nog wel verre toekomstmuziek, benadrukt Pietro. Vooralsnog werkt hij, met zijn collega-onderzoekers, aan de brein-computer interface. Hij houdt zich bezig met zowel de soft- als de hardware-kant. “Ik ben min of meer degene die alles bij elkaar brengt. De system guy.” Binnen het team werken naast Pietro een neuro-wetenschapper en analoog ontwerpers. “We weten, vergeleken met andere organen, nog maar heel weinig van de hersenen, terwijl we ze heel intensief gebruiken.”

De promovendus volgde zijn afstudeerstage ook bij imec at Holst Centre. Op afstand, dat wel; het was gedurende de coronapandemie. Pietro is Italiaan en groeide op in het zuiden van Italië. Hij benadrukt ‘het zuiden’, want dat is heel anders dan het noorden, aldus Pietro: “We are part of the sun.” Via de universiteit van Calabria, waar hij electrical engineering studeerde, kwam hij in contact met imec at Holst Centre.

Grondig

“Het was een leerzame tijd en een prettige samenwerking”, laat hij weten, “Ik werd tijdens mijn afstudeerstage begeleid door een van de meest toegankelijke personen die ik ooit heb ontmoet. In het begin dacht ik nog dat dit vooral een karaktereigenschap van hem was. Sinds ik hier daadwerkelijk ben, weet ik dat binnen imec iedereen elkaar gelijk behandelt. Iedereen wil elkaar verder helpen.”

Zijn afstudeerstage prikkelde Pietro om te zoeken naar andere mogelijkheden voor onderzoek binnen imec en hij struinde de website af. “Ik zag het project van Yao-Hong en reageerde op een vacature voor een promotieplaats binnen ‘intranet van neuronen’. Eerlijk gezegd, had ik nooit gedacht dat ik deze positie uiteindelijk zou krijgen; er waren vijftig anderen.” Het sollicitatieproces was grondig, gaat hij verder: “Ik reageerde in november op de vacature en er volgden vele gesprekken en een uitgebreid assessment. Na zes maanden kon ik starten. Ik verhuisde in april 2022 naar Nederland.”

Telkens iets nieuws ontdekken

Wonen in Nederland was wel even wennen, bekent Pietro. Inmiddels heeft hij zijn weg gevonden: “Zelfs de regen trotseer ik.” Al blijft de Italiaanse keuken een gemis en neemt hij op zondag de tijd om bijvoorbeeld een echte ‘ragù alla bolognese’, bolognaisesaus, te maken. Naast de tijd die hij aan zijn werk besteedt en in de keuken doorbrengt, doorgrondt Pietro onder meer graag musea. “Zo ben ik nu al drie keer naar het Van Gogh Museum geweest. Ik begin elke keer bij het begin, want ik wil helemaal opgaan in de gedachte achter de kunstwerken. De derde verdieping heb ik nog steeds niet bereikt. Ik ontdek telkens weer iets nieuws. Dat heb ik ook in mijn werk.”