Mae technoleg rhyngwyneb ymennydd-cyfrifiadur yn symud allan o'r labordy, ac i'n bywydau

Mae rhyngwynebu ein hymennydd â chyfrifiaduron yn creu gweledigaethau o naill ai plygio i mewn i'r Matrics, neu redeg trwy goedwigoedd Pandora yn Avatar. Mae cysylltu meddwl â pheiriant wedi cael ei ddyfalu ers i ni ddechrau deall cymhlethdodau'r system nerfol - a sut y gallwn ei integreiddio â thechnoleg gyfrifiadurol. Gallwn weld hyn mewn tropes ffuglen wyddonol cynnar, gan fod ymennydd dadgorfforedig yn rheoli nifer o beiriannau i berfformio cynnig maleisus rhyw endid.  

Mae Rhyngwynebau Ymennydd-Cyfrifiadur (BCIs) wedi bod o gwmpas ers cryn amser. Bathodd Jacques Vidal, Athro Emeritws yn UCLA, a astudiodd y systemau hyn yn ystod y 1970au, y term BCI. Y rhagosodiad sylfaenol yw bod yr ymennydd dynol yn CPU sy'n prosesu gwybodaeth synhwyraidd ac yn anfon signalau trydanol fel gorchmynion. Cam byr o resymeg oedd damcaniaethu y gellir wedyn rhaglennu cyfrifiaduron i ddehongli'r signalau hyn, ac anfon eu signalau eu hunain yn yr un iaith. Trwy sefydlu'r iaith gyffredin hon, yn ddamcaniaethol, gall ymennydd a pheiriant siarad â'i gilydd. 

Ei symud … gyda theimlad 

Mae llawer o gymwysiadau BCI's ym maes adsefydlu niwral. Mae gwyddonwyr wedi gwybod ers tro bod swyddogaethau penodol wedi'u lleoli mewn ardaloedd penodol yn yr ymennydd, a gyda'r wybodaeth hon o'r “map ymennydd,” gallwn ysgogi'r ardaloedd hyn i gyflawni eu swyddogaethau priodol. Trwy fewnblannu electrodau yn y cortecs modur er enghraifft, gellir dysgu pobl sydd â choesau coll i symud neu drin prosthesis trwy “feddwl” am symud braich rhywun. Yn yr un modd, gellir gosod electrodau ar hyd llinyn asgwrn cefn sydd wedi'i ddifrodi i anfon signalau i symud aelodau sydd wedi'u parlysu. Mae'r dechnoleg hon hefyd yn cael ei defnyddio ar gyfer prosthesis gweledol, i ddisodli neu adfer golwg mewn rhai unigolion. 

Ar gyfer niwro-prosthesis, nid dynwared gweithrediad echddygol coll yn unig yw'r nod. Er enghraifft, pan fyddwn yn codi wy, mae ein hymennydd yn dweud wrthym pa mor gadarn y dylai ein gafael fod, felly nid ydym yn ei wasgu. Mae Sharlene Flesher yn rhan o dîm o Brifysgol Pittsburgh sy'n integreiddio'r swyddogaeth hon i'w dyluniadau prosthesis. Trwy hefyd dargedu'r rhan o'r ymennydd sy'n “teimlo” neu'n synhwyro ysgogiad cyffyrddol (y cortecs somatosensory), mae tîm Flesher yn gobeithio ail-greu ffurf o fecanwaith adborth sy'n ein galluogi i fodiwleiddio cyffyrddiad a phwysau - sy'n hanfodol wrth berfformio'r symudiadau modur mân y llaw. 

Dywed Fiesher, “i adfer swyddogaeth aelod uchaf yn llawn yw defnyddio ein dwylo i ryngweithio â'r amgylchedd, a gallu teimlo'r hyn y mae'r dwylo hynny'n ei gyffwrdd,” ac mewn trefn, “i drin gwrthrychau mewn gwirionedd, mae angen i chi wneud hynny. gwybod pa fysedd sydd mewn cysylltiad, faint o rym y mae pob bys yn ei roi, ac yna defnyddio'r wybodaeth honno i wneud y symudiad nesaf." 

Mae'r folteddau gwirioneddol y mae'r ymennydd yn anfon ac yn derbyn ysgogiadau arnynt yn isel iawn - tua 100 milifolt (mV). Mae cael a mwyhau'r signalau hyn wedi bod yn gam pwysig iawn yn ymchwil y BCI. Mae'r llwybr traddodiadol o fewnblannu electrodau'n uniongyrchol yn yr ymennydd neu linyn y cefn yn peri risgiau anochel gweithdrefnau llawfeddygol, fel gwaedu neu haint. Ar y llaw arall, mae “basgedi niwral” anfewnwthiol fel y rhai a ddefnyddir mewn electro-enseffalogramau (EEG) yn ei gwneud yn anodd derbyn a throsglwyddo signal oherwydd “sŵn.” Gall y benglog esgyrnog wasgaru'r signalau, a gall yr amgylchedd allanol ymyrryd â'r defnydd. At hynny, mae angen gwifrau cymhleth i gysylltu â chyfrifiadur sy'n cyfyngu ar symudedd, felly mae'r rhan fwyaf o setiau BCI ar hyn o bryd o fewn cyfyngiadau labordy. 

Mae Flesher yn cyfaddef bod y cyfyngiadau hyn hefyd wedi cyfyngu cymwysiadau clinigol i boblogaeth ddiffiniedig sydd â mynediad at y datblygiadau hyn. Mae hi'n credu y gallai cynnwys mwy o ymchwilwyr o wahanol feysydd ysgogi datblygiad ac efallai darparu atebion arloesol i'r rhwystrau hyn. 

“Dylai’r gwaith rydym yn ei wneud wneud eraill yn gyffrous i archwilio’r dechnoleg hon…mae arbenigwyr mewn amrywiaeth o feysydd sy’n gweithio tuag at yr un nod yn llwybr llawer cyflymach o ran dod â’r atebion gorau i gleifion.” 

Fel mater o ffaith, mae ymchwilwyr a dylunwyr yn archwilio BCI yn ddyfnach, nid yn unig i oresgyn y cyfyngiadau hyn, ond i ddatblygu cymwysiadau newydd sydd wedi ennyn mwy o ddiddordeb cyhoeddus. 

Allan o'r labordy, ac i mewn i'r gêm 

O'i ddechreuadau fel myfyriwr newydd ym Mhrifysgol Michigan, mae Neurable o Boston bellach wedi dod yn un o'r chwaraewyr mwyaf gweladwy ym maes cynyddol BCI trwy archwilio ymagwedd wahanol at dechnoleg BCI. Yn lle adeiladu eu caledwedd eu hunain, mae Neurable wedi datblygu meddalwedd perchnogol sy'n defnyddio algorithmau i ddadansoddi a phrosesu signalau o'r ymennydd.  

“Yn Niwrable, rydym wedi ail-ddeall sut mae tonnau'r ymennydd yn gweithio,” eglura'r Prif Swyddog Gweithredol a'r sylfaenydd Dr Ramses Alcaide. “Gallwn nawr gael y signalau hynny o setiau EEG safonol a chyfuno hyn â’n algorithmau dysgu i dorri trwy’r sŵn i ddod o hyd i’r signalau cywir, ar lefelau uchel o gyflymder a chywirdeb.” 

Mantais gynhenid ​​arall, yn ôl Alcaide, yw bod eu pecyn datblygu meddalwedd (SDK) yn agnostig platfform, sy'n golygu y gellir ei gymhwyso i unrhyw feddalwedd neu ddyfais gydnaws. Mae'r gwahaniad hwn oddi wrth y llwydni 'lab ymchwil' yn benderfyniad busnes ymwybodol gan y cwmni i agor y posibiliadau o ran ble a sut y gellir defnyddio technoleg BCI. 

“Yn hanesyddol mae BCIs wedi’u cynnwys yn y labordy, a’r hyn rydyn ni’n ei wneud yw creu cynnyrch y gall pawb elwa ohono, gan y gellir defnyddio ein SDKs mewn unrhyw swyddogaeth, meddygol neu beidio.” 

Mae'r dadshack potensial hwn yn gwneud technoleg BCI yn ddeniadol mewn nifer o gymwysiadau. Mewn galwedigaethau peryglus fel gorfodi'r gyfraith neu ymladd tân, gall efelychu senarios bywyd go iawn heb y perygl angenrheidiol fod yn amhrisiadwy i'r broses hyfforddi. 

Mae'r cymhwysiad masnachol posibl ym maes hapchwarae hefyd yn cynhyrchu llawer o gyffro. Mae selogion gemau eisoes yn breuddwydio am gael eu trochi'n llwyr mewn byd rhithwir lle mae'r amgylchedd synhwyraidd mor agos at realiti â phosib. Heb reolwr llaw, gall chwaraewyr “feddwl” am berfformio gorchmynion o fewn amgylchedd rhithwir. Mae'r ras i greu'r profiad hapchwarae mwyaf trochi wedi ysgogi llawer o gwmnïau i archwilio posibiliadau masnachol BCI. Mae Neurable yn gweld y dyfodol mewn technoleg BCI fasnachol ac yn neilltuo adnoddau i'r llwybr datblygu hwn. 

“Rydyn ni eisiau gweld ein technoleg yn cael ei hymgorffori mewn cymaint o gymwysiadau meddalwedd a chaledwedd â phosib,” meddai Alcaide. “Gan ganiatáu i bobl ryngweithio â’r byd gan ddefnyddio gweithgaredd eu hymennydd yn unig, dyma wir ystyr ein harwyddair: byd heb gyfyngiadau.”