Brein-rekenaar-koppelvlaktegnologie beweeg uit die laboratorium en in ons lewens

Om ons brein met rekenaars te koppel, roep visioene op van óf inprop by die Matrix, óf hardloop deur die woude van Pandora in Avatar. Daar is bespiegel oor die koppeling van verstand aan masjien vandat ons die verwikkeldheid van die senuweestelsel begin verstaan ​​het—en hoe ons dit met rekenaartegnologie kan integreer. Ons kan dit in vroeë wetenskapfiksie-trope sien, aangesien ontliggaamde breine talle masjiene beheer om een ​​of ander entiteit se kwaadwillige bod uit te voer.  

Brein-rekenaar-koppelvlakke (BCI's) bestaan ​​al 'n geruime tyd. Jacques Vidal, emeritusprofessor aan UCLA, wat hierdie stelsels gedurende die 1970's bestudeer het, het die term BCI geskep. Die basiese uitgangspunt is dat die menslike brein 'n SVE is wat sensoriese inligting verwerk en elektriese seine as opdragte uitstuur. Dit was 'n kort sprong van logika om te veronderstel dat rekenaars dan geprogrammeer kan word om hierdie seine te interpreteer, en sy eie seine in dieselfde taal uit te stuur. Deur hierdie gedeelde taal te vestig, kan brein en masjien teoreties met mekaar praat. 

Beweeg dit … met gevoel 

Baie toepassings van BCI's is in die veld van neurale rehabilitasie. Wetenskaplikes weet lankal dat spesifieke funksies in spesifieke areas in die brein gelokaliseer is, en met hierdie kennis van die "breinkaart" kan ons hierdie areas stimuleer om hul onderskeie funksies uit te voer. Deur byvoorbeeld elektrodes in die motoriese korteks in te plant, kan mense met ontbrekende ledemate geleer word om prosteses te beweeg of te manipuleer deur te “dink” om 'n mens se arm te beweeg. Eweneens kan elektrodes langs 'n beskadigde rugmurg geplaas word om seine te stuur om verlamde ledemate te beweeg. Hierdie tegnologie word ook gebruik vir visuele prosteses, om sig by sekere individue te vervang of te herstel. 

Vir neuro-prosteses is die doel nie om net verlore motoriese funksie na te boots nie. Byvoorbeeld, wanneer ons 'n eier optel, vertel ons brein ons presies hoe stewig ons greep moet wees, sodat ons dit nie fyndruk nie. Sharlene Flesher is deel van 'n span van die Universiteit van Pittsburgh wat hierdie funksie in hul prostese-ontwerpe integreer. Deur ook die area van die brein te teiken wat tasbare stimulasie (die somatosensoriese korteks) "voel" of waarneem, hoop Flesher se span om 'n skyn van 'n terugvoermeganisme te herskep wat ons in staat stel om aanraking en druk te moduleer - wat noodsaaklik is in die uitvoering van die fyner motoriese bewegings van die hand. 

Fiesher sê, "om die funksie van 'n boonste ledemaat ten volle te herstel, is om ons hande te gebruik om met die omgewing te kommunikeer, en om te kan voel waaraan daardie hande raak," en om, "om voorwerpe werklik te manipuleer, moet jy weet watter vingers in kontak is, hoeveel krag elke vinger uitoefen, en gebruik dan daardie inligting om die volgende beweging te maak.” 

Die werklike spannings waarteen die brein impulse stuur en ontvang, is baie laag - ongeveer 100 millivolt (mV). Die verkryging en versterking van hierdie seine was 'n groot knelpunt in BCI-navorsing. Die tradisionele roete om elektrodes direk in die brein of rugmurg in te plant hou die onvermydelike risiko's van chirurgiese prosedures in, soos bloeding of infeksie. Aan die ander kant maak nie-indringende "neurale mandjies" soos dié wat in elektro-enkefalogramme (EEG's) gebruik word, seinontvangs en -oordrag moeilik as gevolg van "geraas". Die benige skedel kan die seine versprei, en die buite-omgewing kan inmeng met die opname. Boonop verg om aan 'n rekenaar te koppel ingewikkelde bedrading wat mobiliteit beperk, so die meeste BCI-opstellings is tans binne die grense van 'n laboratoriumomgewing. 

Flesher erken hierdie beperkings het ook kliniese toepassings beperk tot 'n bepaalde populasie met toegang tot hierdie ontwikkelings. Sy glo dat die betrek van meer navorsers uit verskillende velde ontwikkeling kan aanspoor en dalk innoverende oplossings vir hierdie struikelblokke kan bied. 

"Die werk wat ons doen behoort ander opgewonde te maak om hierdie tegnologie te verken ... kundiges in 'n verskeidenheid velde wat na dieselfde doel werk, is 'n baie vinniger pad om die beste oplossings aan pasiënte te bring." 

Trouens, navorsers en ontwerpers ondersoek BCI dieper, nie net om hierdie beperkings te oorkom nie, maar om nuwe toepassings te ontwikkel wat groter openbare belangstelling gegenereer het. 

Uit die laboratorium, en in die spel 

Vanaf sy begin as 'n studente-opstart by die Universiteit van Michigan, het Boston-gebaseerde Neurable nou een van die mees sigbare spelers in die groeiende BCI-veld geword deur 'n ander benadering tot BCI-tegnologie te ondersoek. In plaas daarvan om hul eie hardeware te bou, het Neurable eie sagteware ontwikkel wat algoritmes gebruik om seine van die brein te ontleed en te verwerk.  

"By Neurable het ons weer verstaan ​​hoe breingolwe werk," verduidelik uitvoerende hoof en stigter, dr. Ramses Alcaide. "Ons kan nou daardie seine van standaard EEG-opstellings verkry en dit kombineer met ons leeralgoritmes om deur die geraas te sny om die regte seine te vind, teen hoë vlakke van spoed en akkuraatheid." 

Nog 'n inherente voordeel, volgens Alcaide, is dat hul sagteware-ontwikkelingskit (SDK) platform-agnosties is, wat beteken dat dit op enige versoenbare sagteware of toestel toegepas kan word. Hierdie skeiding van die 'navorsingslaboratorium'-vorm is 'n bewuste besigheidsbesluit deur die maatskappy om die moontlikhede oop te maak van waar en hoe BCI-tegnologie toegepas kan word. 

"Geskiedkundig is BCI's in die laboratorium vervat, en wat ons doen is om 'n produk te skep waarby almal kan baat vind, aangesien ons SDK's in enige hoedanigheid gebruik kan word, medies of nie." 

Hierdie potensiële ontknoping maak BCI-tegnologie aantreklik in talle toepassings. In gevaarlike beroepe soos wetstoepassing of brandbestryding, kan simulasie van werklike scenario's sonder die nodige gevaar van onskatbare waarde vir die opleidingsproses wees. 

Die potensiële kommersiële toepassing op die gebied van speletjies wek ook baie opwinding. Spele-entoesiaste droom reeds daarvan om heeltemal gedompel te word in 'n virtuele wêreld waar die sensoriese omgewing so na as moontlik aan die werklikheid is. Sonder 'n handbeheerder kan gamers daaraan "dink" om opdragte binne 'n virtuele omgewing uit te voer. Die wedloop om die mees meesleurende spelervaring te skep het baie maatskappye genoop om die kommersiële moontlikhede van BCI te ondersoek. Neurable sien die toekoms in kommersiële BCI-tegnologie en wy hulpbronne aan hierdie pad van ontwikkeling. 

"Ons wil sien dat ons tegnologie in soveel sagteware- en hardewaretoepassings ingebed is," sê Alcaide. "Om mense toe te laat om met die wêreld te kommunikeer deur slegs hul breinaktiwiteit te gebruik, dit is die ware betekenis van ons leuse: 'n wêreld sonder beperkings."