Tehnologia interfeței creier-calculator iese din laborator și trece în viața noastră

Interfața creierului nostru cu computerele evocă viziuni fie de a ne conecta la Matrix, fie de a alerga prin pădurile Pandorei în Avatar. Legătura minții de mașină s-a speculat încă de când am început să înțelegem complexitățile sistemului nervos și cum îl putem integra cu tehnologia computerizată. Putem vedea acest lucru în tropii științifico-fantastici timpurii, deoarece creierele neîncarnate controlează numeroase mașini pentru a îndeplini ordinele răuvoitoare ale unei entități.  

Interfețele Brain-Computer (BCI) există de ceva timp. Jacques Vidal, profesor emerit la UCLA, care a studiat aceste sisteme în anii 1970, a inventat termenul BCI. Premisa de bază este că creierul uman este un procesor care procesează informații senzoriale și trimite semnale electrice sub formă de comenzi. A fost un scurt salt de logică să emitem ipoteza că calculatoarele pot fi apoi programate să interpreteze aceste semnale și să trimită propriile semnale în aceeași limbă. Prin stabilirea acestui limbaj comun, teoretic, creierul și mașina pot vorbi unul cu celălalt. 

Mișcând-o... cu sentiment 

Multe aplicații ale BCI sunt în domeniul reabilitării neuronale. Oamenii de știință știu de mult că anumite funcții sunt localizate în anumite zone ale creierului și, cu această cunoaștere a „hărții creierului”, putem stimula aceste zone să își îndeplinească funcțiile respective. Prin implantarea de electrozi în cortexul motor, de exemplu, persoanele cu membre lipsă pot fi învățate să miște sau să manipuleze protezele „gândindu-se” la mișcarea brațului. De asemenea, electrozii pot fi plasați de-a lungul măduvei spinării deteriorate pentru a trimite semnale de mișcare a membrelor paralizate. Această tehnologie este folosită și pentru protezele vizuale, pentru a înlocui sau a restabili vederea la anumite persoane. 

Pentru neuroproteze, scopul nu este doar să mimeze funcția motrică pierdută. De exemplu, când ridicăm un ou, creierul nostru ne spune cât de ferm ar trebui să fie strânsoarea noastră, ca să nu-l zdrobim. Sharlene Flesher face parte dintr-o echipă de la Universitatea din Pittsburgh care integrează această funcție în proiectarea protezelor. Vizând, de asemenea, zona a creierului care „simte” sau simte stimularea tactilă (cortexul somatosenzorial), echipa lui Flesher speră să recreeze o aparență de mecanism de feedback care ne permite să modulăm atingerea și presiunea – ceea ce este esențial în realizarea mișcări motorii mai fine ale mâinii. 

Fiesher spune că „a restabili complet funcția unui membru superior înseamnă a ne folosi mâinile pentru a interacționa cu mediul și pentru a putea simți ceea ce ating acele mâini”, iar pentru a „manipula cu adevărat obiectele, trebuie să știi care degete sunt în contact, cât de multă forță exercită fiecare deget și apoi folosește aceste informații pentru a face următoarea mișcare.” 

Tensiunile reale la care creierul trimite și primește impulsuri sunt foarte scăzute - în jur de 100 de milivolți (mV). Obținerea și amplificarea acestor semnale a fost un punct uriaș de blocare în cercetarea BCI. Calea tradițională de implantare directă a electrozilor în creier sau măduva spinării implică riscurile inevitabile ale procedurilor chirurgicale, cum ar fi sângerarea sau infecția. Pe de altă parte, „coșurile neuronale” neinvazive, precum cele utilizate în electroencefalograme (EEG) fac dificilă recepția și transmisia semnalului din cauza „zgomotului”. Craniul osos poate difuza semnalele, iar mediul exterior poate interfera cu captarea. Mai mult, conectarea la un computer necesită cablaje complicate care limitează mobilitatea, astfel încât majoritatea configurațiilor BCI se află în prezent în limitele unui set de laborator. 

Flesher admite că aceste limitări au limitat, de asemenea, aplicațiile clinice la o populație definită cu acces la aceste dezvoltări. Ea consideră că implicarea mai multor cercetători din diferite domenii ar putea stimula dezvoltarea și poate oferi soluții inovatoare la aceste obstacole. 

„Munca pe care o facem ar trebui să-i facă pe ceilalți încântați să exploreze această tehnologie… experți într-o varietate de domenii care lucrează pentru același obiectiv reprezintă o cale mult mai rapidă în a aduce cele mai bune soluții pacienților.” 

De fapt, cercetătorii și designerii explorează BCI mai profund, nu numai pentru a depăși aceste limitări, ci și pentru a dezvolta noi aplicații care au generat un interes public mai mare. 

Din laborator și intră în joc 

De la începuturile sale ca startup studențească la Universitatea din Michigan, Neurable, cu sediul în Boston, a devenit acum unul dintre cei mai vizibili jucători în domeniul în creștere BCI, explorând o abordare diferită a tehnologiei BCI. În loc să-și construiască propriul hardware, Neurable a dezvoltat un software proprietar care utilizează algoritmi pentru a analiza și procesa semnalele din creier.  

„La Neurable, am reînțeles cum funcționează undele cerebrale”, explică CEO-ul și fondatorul Dr. Ramses Alcaide. „Acum putem obține acele semnale din configurațiile EEG standard și să le combinăm cu algoritmii noștri de învățare pentru a reduce zgomotul pentru a găsi semnalele potrivite, la niveluri ridicate de viteză și precizie.” 

Un alt avantaj inerent, potrivit Alcaide, este că kitul lor de dezvoltare software (SDK) este independent de platformă, ceea ce înseamnă că poate fi aplicat oricărui software sau dispozitiv compatibil. Această separare de matrița „laboratorului de cercetare” este o decizie de afaceri conștientă a companiei de a deschide posibilitățile unde și cum poate fi aplicată tehnologia BCI. 

„În mod istoric, BCI-urile au fost incluse în laborator și ceea ce facem este să creăm un produs de care toată lumea să poată beneficia, deoarece SDK-urile noastre pot fi utilizate în orice calitate, medicală sau nu.” 

Această posibilă deblocare face tehnologia BCI atractivă în numeroase aplicații. În ocupațiile periculoase, cum ar fi aplicarea legii sau stingerea incendiilor, simularea scenariilor din viața reală fără pericolul necesar se poate dovedi neprețuită pentru procesul de formare. 

Potențiala aplicație comercială în domeniul jocurilor generează, de asemenea, mult entuziasm. Pasionații de jocuri visează deja să fie complet cufundați într-o lume virtuală în care mediul senzorial este cât mai aproape de realitate. Fără un controler portabil, jucătorii se pot „gândi” să execute comenzi într-un mediu virtual. Cursa pentru a crea cea mai captivantă experiență de joc a determinat multe companii să examineze posibilitățile comerciale ale BCI. Neurable vede viitorul în tehnologia comercială BCI și dedică resurse acestei căi de dezvoltare. 

„Vrem să vedem tehnologia noastră încorporată în cât mai multe aplicații software și hardware posibil”, spune Alcaide. „Permiterea oamenilor să interacționeze cu lumea folosind doar activitatea lor cerebrală, acesta este adevăratul sens al motto-ului nostru: o lume fără limitări.”