Smegenų ir kompiuterio sąsajos technologija pereina iš laboratorijos į mūsų gyvenimą

Smegenų sąsaja su kompiuteriais sukuria vizijas, kaip prisijungti prie Matricos arba bėgti per Pandoros miškus Avatare. Apie proto susiejimą su mašina buvo spėliojama nuo tada, kai pradėjome suprasti nervų sistemos subtilybes ir kaip galime ją integruoti su kompiuterinėmis technologijomis. Tai matome ankstyvosiose mokslinės fantastikos tropuose, nes bekūnės smegenys valdo daugybę mašinų, kad galėtų atlikti piktavališką subjekto pasiūlymą.  

Smegenų ir kompiuterių sąsajos (BCI) buvo naudojamos gana ilgą laiką. Jacques Vidal, UCLA profesorius emeritas, 1970-aisiais tyrinėjęs šias sistemas, sukūrė terminą BCI. Pagrindinė prielaida yra ta, kad žmogaus smegenys yra procesorius, kuris apdoroja jutiminę informaciją ir siunčia elektrinius signalus kaip komandas. Tai buvo trumpas logikos šuolis iškelti hipotezę, kad kompiuteriai gali būti užprogramuoti interpretuoti šiuos signalus ir siųsti savo signalus ta pačia kalba. Sukūrus šią bendrą kalbą, teoriškai smegenys ir mašina gali kalbėtis tarpusavyje. 

Judinti... su jausmu 

Daugelis BCI pritaikymų yra nervų reabilitacijos srityje. Mokslininkai jau seniai žinojo, kad konkrečios funkcijos yra lokalizuotos tam tikrose smegenų srityse, ir turėdami šias žinias apie „smegenų žemėlapį“ galime paskatinti šias sritis atlikti atitinkamas funkcijas. Pavyzdžiui, implantuojant elektrodus į motorinę žievę, žmonės, kuriems trūksta galūnių, gali būti išmokyti judėti ar manipuliuoti protezais, „galvojant“ apie rankos judinimą. Taip pat elektrodai gali būti dedami palei pažeistas nugaros smegenis, kad būtų siunčiami signalai judinti paralyžiuotas galūnes. Ši technologija taip pat naudojama regėjimo protezams, tam tikrų asmenų regėjimui pakeisti ar atkurti. 

Neuroprotezų tikslas yra ne tik imituoti prarastą motorinę funkciją. Pavyzdžiui, kai paimame kiaušinį, mūsų smegenys nurodo, koks tvirtas turi būti mūsų gniaužtas, todėl jo nesutraiškome. Sharlene Flesher priklauso Pitsburgo universiteto komandai, kuri integruoja šią funkciją į savo protezų dizainą. Taip pat taikydami į smegenų sritį, kuri „jaučia“ arba jaučia lytėjimo stimuliaciją (somatosensorinę žievę), Flesher komanda tikisi iš naujo sukurti grįžtamojo ryšio mechanizmą, kuris leistų mums moduliuoti prisilietimą ir spaudimą, o tai yra būtina atliekant smulkesni motoriniai rankos judesiai. 

Fiesher sako: „Norint visiškai atkurti viršutinės galūnės funkciją, reikia naudoti rankas, kad galėtume bendrauti su aplinka ir jausti, ką tos rankos liečia“, o norint iš tikrųjų manipuliuoti daiktais, reikia žinokite, kurie pirštai liečiasi, kokią jėgą daro kiekvienas pirštas, ir tada naudokite tą informaciją kitam judesiui atlikti. 

Faktinė įtampa, kuria smegenys siunčia ir priima impulsus, yra labai maža – apie 100 milivoltų (mV). Šių signalų gavimas ir stiprinimas buvo didžiulis BCI tyrimų taškas. Tradicinis tiesioginio elektrodų implantavimo į smegenis arba nugaros smegenis būdas yra neišvengiamas chirurginių procedūrų, tokių kaip kraujavimas ar infekcija, rizika. Kita vertus, neinvaziniai „neuroniniai krepšeliai“, tokie kaip tie, kurie naudojami elektroencefalogramose (EEG), apsunkina signalo priėmimą ir perdavimą dėl „triukšmo“. Kaulinė kaukolė gali išsklaidyti signalus, o išorinė aplinka gali trukdyti įsisavinti. Be to, norint prisijungti prie kompiuterio, reikia sudėtingų laidų, kurie riboja mobilumą, todėl dauguma BCI sąrankų šiuo metu yra laboratorinės nuostatos. 

Flesher pripažįsta, kad šie apribojimai taip pat apribojo klinikinį pritaikymą tam tikrai populiacijai, turinčiai prieigą prie šių pokyčių. Ji mano, kad įtraukus daugiau mokslininkų iš skirtingų sričių, būtų galima paskatinti plėtrą ir galbūt pasiūlyti naujoviškų šių kliūčių sprendimų. 

„Darbas, kurį atliekame, turėtų paskatinti kitus tyrinėti šią technologiją... įvairių sričių ekspertai, dirbantys siekiant to paties tikslo, yra daug greitesnis kelias, leidžiantis pacientams pateikti geriausius sprendimus. 

Tiesą sakant, mokslininkai ir dizaineriai tiria BCI nuodugniau ne tik norėdami įveikti šiuos apribojimus, bet ir kurti naujas programas, kurios sukėlė didesnį visuomenės susidomėjimą. 

Iš laboratorijos ir į žaidimą 

Nuo pat Mičigano universiteto studentų pradžios Bostone įsikūrusi Neurable tapo vienu iš labiausiai matomų žaidėjų augančioje BCI srityje, tyrinėdama kitokį požiūrį į BCI technologiją. Užuot kūrę savo aparatinę įrangą, Neurable sukūrė patentuotą programinę įrangą, kuri naudoja algoritmus smegenų signalams analizuoti ir apdoroti.  

„Neurable mes iš naujo supratome, kaip veikia smegenų bangos“, – aiškina generalinis direktorius ir įkūrėjas dr. Ramses Alcaide. „Dabar galime gauti tuos signalus iš standartinių EEG sąrankų ir sujungti tai su mūsų mokymosi algoritmais, kad sumažintume triukšmą ir rastume tinkamus signalus dideliu greičiu ir tikslumu. 

Kitas būdingas pranašumas, pasak Alcaide, yra tai, kad jų programinės įrangos kūrimo rinkinys (SDK) yra platformos agnostikas, o tai reiškia, kad jį galima pritaikyti bet kokiai suderinamai programinei įrangai ar įrenginiui. Šis atskyrimas nuo „tyrimų laboratorijos“ yra sąmoningas įmonės verslo sprendimas, atveriantis galimybes, kur ir kaip galima pritaikyti BCI technologiją. 

„Istoriškai BCI buvo laboratorijoje, o mes kuriame produktą, kuris gali būti naudingas visiems, nes mūsų SDK gali būti naudojami bet kokiais būdais, medicininiais ar ne. 

Dėl šio potencialaus panaikinimo BCI technologija tampa patraukli daugelyje programų. Pavojingose ​​profesijose, tokiose kaip teisėsauga ar gaisrų gesinimas, realaus gyvenimo scenarijų imitavimas be reikiamo pavojaus gali pasirodyti neįkainojamas mokymo procese. 

Galimas komercinis pritaikymas žaidimų srityje taip pat kelia daug įspūdžių. Žaidimų entuziastai jau svajoja visiškai pasinerti į virtualų pasaulį, kuriame juslinė aplinka būtų kuo artimesnė realybei. Be delninio valdiklio žaidėjai gali „galvoti“ apie komandų vykdymą virtualioje aplinkoje. Lenktynės, siekiant sukurti labiausiai įtraukiančių žaidimų patirtį, paskatino daugelį įmonių išnagrinėti komercines BCI galimybes. Neurable mato ateitį komercinėje BCI technologijoje ir skiria išteklius šiam vystymosi keliui. 

„Norime, kad mūsų technologija būtų įtraukta į kuo daugiau programinės ir techninės įrangos programų“, – sako Alcaide. „Leisti žmonėms bendrauti su pasauliu naudojant tik savo smegenų veiklą, tai yra tikroji mūsų šūkio prasmė: pasaulis be apribojimų.