Aju-arvuti liidese tehnoloogia liigub laborist välja ja meie ellu

Aju ühendamine arvutitega tekitab nägemusi kas ühendamisest Maatriksiga või jooksmisest läbi Pandora metsade Avataris. Meele ja masina ühendamise üle on spekuleeritud sellest ajast peale, kui hakkasime mõistma närvisüsteemi keerukust ja seda, kuidas me saame seda arvutitehnoloogiaga integreerida. Näeme seda varajastes ulmekirjanduses, kuna kehatu aju juhib arvukalt masinaid, et täita mõne üksuse pahatahtlikke pakkumisi.  

Aju-arvuti liidesed (BCI) on olnud olemas juba mõnda aega. Jacques Vidal, UCLA emeriitprofessor, kes uuris neid süsteeme 1970. aastatel, võttis kasutusele termini BCI. Põhieeldus on, et inimese aju on protsessor, mis töötleb sensoorset teavet ja saadab käskudena välja elektrilisi signaale. See oli lühike loogikahüpe oletada, et arvutid saab seejärel programmeerida neid signaale tõlgendama ja oma signaale samas keeles välja saatma. Selle ühise keele loomisega saavad aju ja masin teoreetiliselt üksteisega rääkida. 

Liigutades seda… tundega 

Paljud BCI rakendused on neuraalse taastusravi valdkonnas. Teadlased on juba ammu teadnud, et spetsiifilised funktsioonid paiknevad aju teatud piirkondades, ja nende teadmistega "ajukaardist" saame stimuleerida neid piirkondi oma vastavaid funktsioone täitma. Implanteerides näiteks elektroodid motoorsesse ajukooresse, saab puuduvate jäsemetega inimesi õpetada liigutama või proteesidega manipuleerima, “mõeldes” käe liigutamisele. Samuti saab kahjustatud seljaaju piki asetada elektroode, et saata signaale halvatud jäsemete liigutamiseks. Seda tehnoloogiat kasutatakse ka visuaalsete proteeside jaoks, et asendada või taastada nägemine teatud isikutel. 

Neuroproteeside puhul ei ole eesmärk lihtsalt kaotatud motoorsete funktsioonide jäljendamine. Näiteks kui me muna üles võtame, ütleb meie aju meile, kui tugev meie haare peaks olema, nii et me ei purustaks seda. Sharlene Flesher on osa Pittsburghi ülikooli meeskonnast, kes integreerib selle funktsiooni oma proteeside disainidesse. Võttes sihikule ka ajupiirkonna, mis "tunneb" või tajub puutetundlikku stimulatsiooni (somatosensoorset ajukoort), loodab Flesheri meeskond luua tagasisidemehhanismi, mis võimaldab meil moduleerida puudutust ja survet, mis on oluline peenmotoorika käeliigutused. 

Fiesher ütleb: "Ülejäseme funktsiooni täielikuks taastamiseks tähendab see, et kasutame oma käsi keskkonnaga suhtlemiseks ja tunneme, mida need käed puudutavad," ja selleks, et "esemetega tõeliselt manipuleerida, peate teada, millised sõrmed kokku puutuvad, kui palju jõudu iga sõrm avaldab, ja seejärel kasutada seda teavet järgmise liigutuse tegemiseks. 

Tegelik pinge, mille juures aju impulsse saadab ja vastu võtab, on väga madal – umbes 100 millivolti (mV). Nende signaalide saamine ja võimendamine on olnud BCI uuringutes tohutu tõrgeteta. Traditsiooniline elektroodide otsene implanteerimine ajju või seljaaju toob kaasa kirurgiliste protseduuride vältimatu riski, nagu verejooks või infektsioon. Teisest küljest muudavad mitteinvasiivsed "närvikorvid", nagu elektroentsefalogrammides (EEG) kasutatavad, signaali vastuvõtmise ja edastamise "müra" tõttu keeruliseks. Luune kolju võib signaale hajutada ja väliskeskkond võib nende vastuvõtmist segada. Veelgi enam, arvutiga ühendamiseks on vaja keerulist juhtmestikku, mis piirab mobiilsust, nii et enamik BCI seadistusi on praegu laboriseadete piires. 

Flesher tunnistab, et need piirangud on piiranud ka kliinilisi rakendusi kindlaksmääratud elanikkonnaga, kellel on juurdepääs nendele arengutele. Ta usub, et rohkemate teadlaste kaasamine erinevatest valdkondadest võiks ergutada arengut ja ehk pakkuda uuenduslikke lahendusi nendele takistustele. 

"Meie tehtav töö peaks tekitama teistes põnevust selle tehnoloogia uurimisel... erinevate valdkondade eksperdid, kes töötavad sama eesmärgi nimel, on palju kiirem tee parimate lahenduste toomiseks patsientideni." 

Tegelikult uurivad teadlased ja disainerid BCI-d sügavamalt, mitte ainult nende piirangute ületamiseks, vaid ka uute rakenduste väljatöötamiseks, mis on tekitanud suuremat avalikku huvi. 

Laborist välja ja mängu 

Alates algusest peale Michigani ülikooli üliõpilaste idufirmana on Bostonis asuvast Neurablest saanud üks nähtavamaid tegijaid kasvavas BCI valdkonnas, uurides teistsugust lähenemist BCI tehnoloogiale. Selle asemel, et ehitada oma riistvara, on Neurable välja töötanud patenteeritud tarkvara, mis kasutab aju signaalide analüüsimiseks ja töötlemiseks algoritme.  

"Me oleme Neurable'is uuesti aru saanud, kuidas ajulained töötavad," selgitab tegevjuht ja asutaja dr Ramses Alcaide. "Nüüd saame neid signaale saada standardsetest EEG-seadistustest ja kombineerida seda meie õppealgoritmidega, et vähendada müra, et leida õiged signaalid suure kiiruse ja täpsusega." 

Alcaide'i sõnul on veel üks loomupärane eelis see, et nende tarkvaraarenduskomplekt (SDK) on platvormi agnostiline, mis tähendab, et seda saab rakendada mis tahes ühilduvale tarkvarale või seadmele. See teaduslabori vormist eraldamine on ettevõtte teadlik äriotsus, et avada võimalused, kus ja kuidas saab BCI tehnoloogiat rakendada. 

"Ajalooliselt on BCI-sid laboris sisaldunud ja me loome toote, millest kõik saavad kasu, kuna meie SDK-sid saab kasutada mis tahes otstarbel, olgu see siis meditsiiniline või mitte." 

See potentsiaalne vabastamine muudab BCI-tehnoloogia paljudes rakendustes atraktiivseks. Ohtlikes ametites, nagu õiguskaitse või tuletõrje, võib tegelike stsenaariumide simuleerimine ilma nõutava ohuta osutuda koolitusprotsessi jaoks hindamatuks. 

Potentsiaalne kaubanduslik rakendus mängude valdkonnas tekitab samuti palju elevust. Mänguhuvilised unistavad juba täielikult sukeldumisest virtuaalsesse maailma, kus sensoorne keskkond on reaalsusele võimalikult lähedal. Ilma pihuarvutita saavad mängijad virtuaalses keskkonnas käskude täitmisele mõelda. Võidujooks kõige kaasahaaravama mängukogemuse loomise nimel on ajendanud paljusid ettevõtteid uurima BCI kaubanduslikke võimalusi. Neurable näeb tulevikku kaubanduslikus BCI-tehnoloogias ja pühendab sellele arenguteele ressursse. 

"Me tahame näha, et meie tehnoloogia oleks integreeritud võimalikult paljudesse tarkvara- ja riistvararakendustesse," ütleb Alcaide. "Võimaldada inimestel maailmaga suhelda, kasutades ainult oma ajutegevust, on meie moto tõeline tähendus: maailm ilma piiranguteta."