Technológia rozhrania mozog-počítač sa presúva z laboratória do našich životov

Prepojenie nášho mozgu s počítačmi vyvoláva víziu buď zapojenia sa do Matrixu, alebo behania cez lesy Pandory v Avatar. O prepojení mysle a stroja sa špekulovalo už od chvíle, keď sme začali chápať zložitosti nervového systému – a ako ho môžeme integrovať s počítačovou technológiou. Môžeme to vidieť v raných sci-fi trópoch, keď mozgy bez tela ovládajú množstvo strojov, aby vykonali zlomyseľné ponuky nejakej entity.  

Rozhrania Brain-Computer Interface (BCI) existujú už nejaký čas. Jacques Vidal, emeritný profesor na UCLA, ktorý študoval tieto systémy v 1970. rokoch, vymyslel termín BCI. Základným predpokladom je, že ľudský mozog je CPU, ktoré spracováva zmyslové informácie a vysiela elektrické signály ako príkazy. Bol to krátky logický skok k hypotéze, že potom môžu byť počítače naprogramované tak, aby interpretovali tieto signály a vysielali svoje vlastné signály v rovnakom jazyku. Vytvorením tohto zdieľaného jazyka môžu teoreticky mozog a stroj navzájom komunikovať. 

Pohybujte sa... s citom 

Mnohé aplikácie BCI sú v oblasti neurálnej rehabilitácie. Vedci už dlho vedia, že špecifické funkcie sú lokalizované v určitých oblastiach mozgu a s touto znalosťou „mozgovej mapy“ môžeme stimulovať tieto oblasti, aby vykonávali svoje príslušné funkcie. Implantáciou elektród do motorickej kôry sa napríklad ľudia s chýbajúcimi končatinami môžu naučiť pohybovať alebo manipulovať s protézami „myslením“ na pohyb paží. Podobne môžu byť elektródy umiestnené pozdĺž poškodenej miechy, aby vysielali signály na pohyb paralyzovaných končatín. Táto technológia sa používa aj pre zrakové protézy, na nahradenie alebo obnovenie zraku u určitých jedincov. 

V prípade neuroprotéz nie je cieľom len napodobňovať stratenú motorickú funkciu. Napríklad, keď zdvihneme vajíčko, náš mozog nám povie, aké pevné by sme mali uchopiť, aby sme ho nerozdrvili. Sharlene Flesher je súčasťou tímu z University of Pittsburgh, ktorý integruje túto funkciu do svojich návrhov protéz. Tým, že sa Flesherov tím zameria aj na oblasť mozgu, ktorá „cíti“ alebo vníma hmatovú stimuláciu (somatosenzorická kôra), znovu vytvorí zdanie mechanizmu spätnej väzby, ktorý nám umožní modulovať dotyk a tlak – čo je nevyhnutné pri vykonávaní jemnejšie motorické pohyby ruky. 

Fiesher hovorí: „Úplné obnovenie funkcie hornej končatiny znamená používať naše ruky na interakciu s prostredím a cítiť, čoho sa tie ruky dotýkajú,“ a na to, „aby ste skutočne manipulovali s predmetmi, musíte vedieť, ktoré prsty sú v kontakte, koľko sily každý prst vyvíja a potom použiť tieto informácie na vykonanie ďalšieho pohybu." 

Skutočné napätie, pri ktorom mozog vysiela a prijíma impulzy, je veľmi nízke – okolo 100 milivoltov (mV). Získanie a zosilnenie týchto signálov bolo veľkým problémom vo výskume BCI. Tradičný spôsob priameho implantovania elektród do mozgu alebo miechy prináša nevyhnutné riziká chirurgických zákrokov, ako je krvácanie alebo infekcia. Na druhej strane, neinvazívne „neurálne koše“, ako sú tie, ktoré sa používajú v elektroencefalogramoch (EEG), sťažujú príjem a prenos signálu z dôvodu „šumu“. Kostná lebka môže šíriť signály a vonkajšie prostredie môže zasahovať do príjmu. Pripojenie k počítaču navyše vyžaduje zložité zapojenie, ktoré obmedzuje mobilitu, takže väčšina nastavení BCI je v súčasnosti v rámci laboratórneho prostredia. 

Flesher pripúšťa, že tieto obmedzenia tiež obmedzili klinické aplikácie na definovanú populáciu s prístupom k tomuto vývoju. Verí, že zapojenie viacerých výskumníkov z rôznych oblastí by mohlo urýchliť rozvoj a možno poskytnúť inovatívne riešenia týchto prekážok. 

"Práca, ktorú robíme, by mala povzbudiť ostatných, aby preskúmali túto technológiu...odborníci v rôznych oblastiach pracujúci na dosiahnutí rovnakého cieľa je oveľa rýchlejšia cesta pri poskytovaní najlepších riešení pacientom." 

V skutočnosti výskumníci a dizajnéri skúmajú BCI hlbšie, nielen preto, aby prekonali tieto obmedzenia, ale aby vyvinuli nové aplikácie, ktoré vyvolali väčší záujem verejnosti. 

Preč z laboratória do hry 

Od svojich začiatkov ako študentský startup na Michiganskej univerzite sa spoločnosť Neurable so sídlom v Bostone stala jedným z najviditeľnejších hráčov v rastúcej oblasti BCI tým, že skúmala odlišný prístup k technológii BCI. Namiesto budovania vlastného hardvéru vyvinula spoločnosť Neurable vlastný softvér, ktorý využíva algoritmy na analýzu a spracovanie signálov z mozgu.  

„V Neurable sme znovu pochopili, ako fungujú mozgové vlny,“ vysvetľuje generálny riaditeľ a zakladateľ Dr. Ramses Alcaide. "Teraz môžeme tieto signály získať zo štandardných nastavení EEG a skombinovať ich s našimi algoritmami učenia, aby sme prerušili šum a našli správne signály pri vysokej rýchlosti a presnosti." 

Ďalšou inherentnou výhodou podľa Alcaide je, že ich súprava na vývoj softvéru (SDK) je platformovo agnostická, čo znamená, že ju možno použiť na akýkoľvek kompatibilný softvér alebo zariadenie. Toto oddelenie od formy „výskumného laboratória“ je vedomým obchodným rozhodnutím spoločnosti s cieľom otvoriť možnosti, kde a ako možno použiť technológiu BCI. 

"Historicky boli BCI obsiahnuté v laboratóriu a to, čo robíme, je vytvorenie produktu, z ktorého môže mať úžitok každý, pretože naše súpravy SDK možno použiť v akejkoľvek funkcii, či už v lekárskej alebo inej oblasti." 

Toto potenciálne uvoľnenie robí technológiu BCI atraktívnou v mnohých aplikáciách. V nebezpečných povolaniach, ako je presadzovanie práva alebo hasenie požiarov, môže byť simulácia skutočných scenárov bez potrebného nebezpečenstva pre tréningový proces neoceniteľná. 

Potenciálne komerčné využitie v oblasti hier tiež vyvoláva veľké vzrušenie. Herní nadšenci už snívajú o tom, že budú úplne ponorení do virtuálneho sveta, kde je zmyslové prostredie čo najbližšie k realite. Bez ručného ovládača môžu hráči „myslieť“ na vykonávanie príkazov vo virtuálnom prostredí. Preteky o vytvorenie najpôsobivejšieho herného zážitku podnietili mnohé spoločnosti, aby preskúmali komerčné možnosti BCI. Neurable vidí budúcnosť v komerčnej BCI technológii a venuje zdroje na túto cestu vývoja. 

„Chceme, aby bola naša technológia zabudovaná do čo najväčšieho počtu softvérových a hardvérových aplikácií,“ hovorí Alcaide. „Umožniť ľuďom komunikovať so svetom iba pomocou ich mozgovej aktivity, to je skutočný význam nášho motta: svet bez obmedzení.“