Ուղեղ-համակարգիչ ինտերֆեյսի տեխնոլոգիան դուրս է գալիս լաբորատորիայից և մտնում մեր կյանք

Մեր ուղեղը համակարգիչների հետ փոխկապակցելով պատկերացումներ է առաջացնում՝ կա՛մ միանալու Մատրիցին, կա՛մ անցնելու Պանդորայի անտառներով Ավատարում: Մտքը մեքենային կապելու մասին ենթադրվում էր այն ժամանակվանից, երբ մենք սկսեցինք հասկանալ նյարդային համակարգի բարդությունները և ինչպես կարող ենք այն ինտեգրել համակարգչային տեխնոլոգիայի հետ: Մենք դա կարող ենք տեսնել վաղ գիտաֆանտաստիկ գրականության մեջ, քանի որ անմարմին ուղեղները կառավարում են բազմաթիվ մեքենաներ՝ որոշ անձի չարամիտ առաջարկություններ կատարելու համար:  

Ուղեղ-համակարգչային ինտերֆեյսները (BCI) գոյություն ունեն բավականին երկար ժամանակ: UCLA-ի պատվավոր պրոֆեսոր Ժակ Վիդալը, ով ուսումնասիրել է այս համակարգերը 1970-ականներին, հորինել է BCI տերմինը: Հիմնական նախադրյալն այն է, որ մարդու ուղեղը պրոցեսոր է, որը մշակում է զգայական տեղեկատվությունը և ուղարկում էլեկտրական ազդանշաններ որպես հրամաններ: Տրամաբանության կարճ թռիչք էր այն վարկածը, որ համակարգիչները կարող են այնուհետև ծրագրավորվել, որպեսզի մեկնաբանեն այդ ազդանշանները և ուղարկեն իրենց ազդանշանները նույն լեզվով: Այս ընդհանուր լեզուն հաստատելով, տեսականորեն ուղեղը և մեքենան կարող են խոսել միմյանց հետ: 

Շարժելով այն… զգացմունքով 

BCI-ի բազմաթիվ կիրառություններ են նյարդային վերականգնման ոլորտում: Գիտնականները վաղուց գիտեն, որ հատուկ գործառույթները տեղայնացված են ուղեղի որոշակի հատվածներում, և «ուղեղի քարտեզի» այս իմացությամբ մենք կարող ենք խթանել այդ տարածքները կատարել իրենց համապատասխան գործառույթները: Օրինակ՝ շարժական ծառի կեղևում էլեկտրոդներ տեղադրելով, բացակայող վերջույթներ ունեցող մարդկանց կարող են սովորեցնել շարժել կամ մանիպուլյացիա անել պրոթեզները՝ «մտածելով» շարժել ձեռքը: Նմանապես, էլեկտրոդները կարող են տեղադրվել վնասված ողնուղեղի երկայնքով՝ կաթվածահար վերջույթները տեղափոխելու ազդանշաններ ուղարկելու համար: Այս տեխնոլոգիան օգտագործվում է նաև տեսողական պրոթեզների համար՝ որոշակի անհատների տեսողությունը փոխարինելու կամ վերականգնելու համար: 

Նեյրո-պրոթեզների համար նպատակը պարզապես կորցրած շարժիչ ֆունկցիայի նմանակումը չէ: Օրինակ, երբ մենք ձու ենք վերցնում, մեր ուղեղը մեզ ասում է, թե որքան ամուր պետք է լինի մեր ձեռքը, այնպես որ մենք չենք տրորում այն: Շարլեն Ֆլեշերը Փիթսբուրգի համալսարանի թիմի մի մասն է, որը ինտեգրում է այս ֆունկցիան իրենց պրոթեզների նախագծման մեջ: Թիրախավորելով նաև ուղեղի այն հատվածը, որը «զգում է» կամ զգում է շոշափելի խթանումը (սոմատոզենսորային ծառի կեղևը), Ֆլեշերի թիմը հույս ունի վերստեղծել հետադարձ կապի մեխանիզմի տեսք, որը մեզ հնարավորություն է տալիս մոդուլավորել հպումը և ճնշումը, ինչը էական նշանակություն ունի ձեռքի ավելի նուրբ շարժիչ շարժումներ. 

Ֆիշերը ասում է, որ «վերին վերջույթի գործառույթը լիովին վերականգնելը նշանակում է օգտագործել մեր ձեռքերը շրջակա միջավայրի հետ փոխազդելու համար և կարողանալ զգալ, թե ինչ են դիպչում այդ ձեռքերը», և որպեսզի «իրոք մանիպուլյացիա անելու համար անհրաժեշտ է. իմացեք, թե որ մատներն են շփվում, որքան ուժ է գործադրում յուրաքանչյուր մատը, ապա օգտագործեք այդ տեղեկությունը՝ հաջորդ շարժումը կատարելու համար»: 

Փաստացի լարումները, որոնցով ուղեղն ուղարկում և ընդունում է իմպուլսները, շատ ցածր են՝ մոտ 100 միլիվոլտ (մՎ): Այս ազդանշանների ձեռքբերումը և ուժեղացումը հսկայական դժվարություն է BCI հետազոտության մեջ: Ուղեղում կամ ողնուղեղում ուղղակիորեն էլեկտրոդների տեղադրման ավանդական ուղին կրում է վիրաբուժական միջամտությունների անխուսափելի ռիսկերը, ինչպիսիք են արյունահոսությունը կամ վարակը: Մյուս կողմից, ոչ ինվազիվ «նյարդային զամբյուղները», ինչպիսիք են էլեկտրաէնցեֆալոգրամներում (EEG) օգտագործվողները, դժվարացնում են ազդանշանի ընդունումն ու փոխանցումը «աղմուկի» պատճառով։ Ոսկրային գանգը կարող է տարածել ազդանշանները, իսկ արտաքին միջավայրը կարող է խանգարել կլանմանը: Ավելին, համակարգչին միանալու համար պահանջվում է բարդ լարեր, որոնք սահմանափակում են շարժունակությունը, ուստի BCI-ի կարգավորումների մեծ մասը ներկայումս գտնվում է լաբորատորիայի սահմաններում: 

Ֆլեշերը ընդունում է, որ այս սահմանափակումները նաև սահմանափակել են կլինիկական կիրառությունները որոշակի բնակչության համար, ովքեր հասանելի են այդ զարգացումներին: Նա կարծում է, որ տարբեր ոլորտներից ավելի շատ հետազոտողների ներգրավումը կարող է խթանել զարգացումը և, հավանաբար, նորարարական լուծումներ տալ այս խոչընդոտներին: 

«Աշխատանքը, որը մենք անում ենք, պետք է ուրիշներին ոգևորի այս տեխնոլոգիան ուսումնասիրելու համար… տարբեր ոլորտների փորձագետները, ովքեր աշխատում են նույն նպատակին, շատ ավելի արագ ճանապարհ է հիվանդներին լավագույն լուծումները բերելու համար»: 

Փաստորեն, հետազոտողները և դիզայներները BCI-ն ավելի խորն են ուսումնասիրում ոչ միայն այս սահմանափակումները հաղթահարելու, այլև նոր հավելվածներ մշակելու համար, որոնք ավելի մեծ հանրային հետաքրքրություն են առաջացրել: 

Լաբորատորիայից դուրս և խաղի մեջ 

Միչիգանի համալսարանի ուսանողական ստարտափի սկզբից Բոստոնում գործող Neurable-ն այժմ դարձել է BCI-ի աճող ոլորտում ամենատեսանելի խաղացողներից մեկը՝ ուսումնասիրելով BCI տեխնոլոգիայի նկատմամբ այլ մոտեցում: Սեփական ապարատը կառուցելու փոխարեն, Neurable-ը մշակել է սեփական ծրագրակազմ, որն օգտագործում է ալգորիթմներ՝ ուղեղից ազդանշանները վերլուծելու և մշակելու համար:  

«Neurable-ում մենք նորից հասկացանք, թե ինչպես են աշխատում ուղեղի ալիքները», - բացատրում է գործադիր տնօրեն և հիմնադիր դոկտոր Ռամզես Ալկաիդը: «Այժմ մենք կարող ենք ստանալ այդ ազդանշանները ստանդարտ EEG կարգավորումներից և համատեղել դա մեր ուսուցման ալգորիթմների հետ՝ աղմուկը կտրելու համար՝ գտնելու ճիշտ ազդանշանները՝ բարձր արագությամբ և ճշգրտությամբ»: 

Մեկ այլ բնորոշ առավելություն, ըստ Alcaide-ի, այն է, որ իրենց ծրագրային ապահովման մշակման հավաքածուն (SDK) պլատֆորմի ագնոստիկ է, ինչը նշանակում է, որ այն կարող է կիրառվել ցանկացած համատեղելի ծրագրաշարի կամ սարքի վրա: Այս տարանջատումը «հետազոտական ​​լաբորատորիայի» ձևից ընկերության գիտակցված բիզնես որոշում է՝ բացելու հնարավորությունները, թե որտեղ և ինչպես կարելի է կիրառել BCI տեխնոլոգիան: 

«Պատմականորեն BCI-ները պարունակվել են լաբորատորիայում, և այն, ինչ մենք անում ենք, արտադրանքի ստեղծումն է, որից յուրաքանչյուրը կարող է օգուտ քաղել, քանի որ մեր SDK-ները կարող են օգտագործվել ցանկացած կարգավիճակով՝ բժշկական, թե ոչ»: 

Այս պոտենցիալ շղթայազերծումը գրավիչ է դարձնում BCI տեխնոլոգիան բազմաթիվ ծրագրերում: Վտանգավոր զբաղմունքներում, ինչպիսիք են իրավապահ մարմինները կամ հրդեհաշիջումը, իրական կյանքի սցենարների մոդելավորումն առանց անհրաժեշտ վտանգի կարող է անգնահատելի լինել ուսումնական գործընթացի համար: 

Պոտենցիալ առևտրային կիրառումը խաղերի ոլորտում նույնպես մեծ ոգևորություն է առաջացնում: Խաղային խաղերի սիրահարներն արդեն երազում են ամբողջովին ընկղմվել վիրտուալ աշխարհում, որտեղ զգայական միջավայրը հնարավորինս մոտ է իրականությանը: Առանց ձեռքի կարգավորիչի, խաղացողները կարող են «մտածել» վիրտուալ միջավայրում հրամաններ կատարելու մասին: Խաղերի ամենաընկղմվող փորձը ստեղծելու մրցավազքը շատ ընկերությունների դրդել է ուսումնասիրել BCI-ի առևտրային հնարավորությունները: Neurable-ը ապագան տեսնում է առևտրային BCI տեխնոլոգիայի մեջ և ռեսուրսներ է տրամադրում զարգացման այս ճանապարհին: 

«Մենք ցանկանում ենք տեսնել մեր տեխնոլոգիան ներկառուցված հնարավորինս շատ ծրագրային ապահովման և ապարատային հավելվածների մեջ», - ասում է Ալկաիդը: «Թույլ տալով մարդկանց շփվել աշխարհի հետ՝ օգտագործելով միայն իրենց ուղեղի ակտիվությունը, սա է մեր կարգախոսի իրական իմաստը՝ աշխարհ առանց սահմանափակումների»: