Tehnologija vmesnika možgani-računalnik se seli iz laboratorija v naša življenja

Povezovanje naših možganov z računalniki pričara vizije bodisi vključitve v Matrix ali teka skozi gozdove Pandore v Avatarju. O povezovanju uma in stroja se ugiba, odkar smo začeli razumeti zapletenost živčnega sistema – in kako ga lahko integriramo z računalniško tehnologijo. To lahko vidimo v zgodnjih tropih znanstvene fantastike, ko breztelesni možgani nadzorujejo številne stroje za izvajanje zlonamernih ponudb neke entitete.  

Vmesniki možgani-računalnik (BCI) obstajajo že kar nekaj časa. Jacques Vidal, zaslužni profesor na UCLA, ki je preučeval te sisteme v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, je skoval izraz BCI. Osnovna predpostavka je, da so človeški možgani CPE, ki obdeluje senzorične informacije in pošilja električne signale kot ukaze. Hipoteza, da je mogoče računalnike programirati za interpretacijo teh signalov in pošiljanje lastnih signalov v istem jeziku, je bil kratek logični preskok. Z vzpostavitvijo tega skupnega jezika se teoretično lahko možgani in stroj pogovarjajo drug z drugim. 

Premikanje … z občutkom 

Veliko aplikacij BCI je na področju nevralne rehabilitacije. Znanstveniki že dolgo vedo, da so določene funkcije lokalizirane na določenih področjih v možganih, in s tem poznavanjem »zemljevida možganov« lahko spodbudimo ta področja, da opravljajo svoje funkcije. Z vsaditvijo elektrod v motorični korteks lahko na primer ljudi z manjkajočimi okončinami naučimo premikati ali manipulirati s protezami tako, da »razmišljamo« o premikanju roke. Podobno lahko elektrode namestite vzdolž poškodovane hrbtenjače, da pošljete signale za premikanje paraliziranih udov. Ta tehnologija se uporablja tudi za vidne proteze, da se nekaterim posameznikom nadomesti ali povrne vid. 

Pri nevroprotezah cilj ni le posnemati izgubljeno motorično funkcijo. Na primer, ko vzamemo jajce, nam naši možgani sporočajo, kako trden naj bo prijem, da ga ne zmečkamo. Sharlene Flesher je del ekipe z Univerze v Pittsburghu, ki to funkcijo vključuje v svoje zasnove protez. S ciljanjem na področje možganov, ki »občuti« ali zazna taktilno stimulacijo (somatosenzorična skorja), Flesherjeva ekipa upa, da bo ponovno ustvarila podobo povratnega mehanizma, ki nam omogoča modulacijo dotika in pritiska – kar je bistveno pri izvajanju finejši motorični gibi roke. 

Fiesher pravi, da "popolnoma obnoviti funkcijo zgornje okončine pomeni, da uporabljamo svoje roke za interakcijo z okoljem in da lahko čutimo, česa se te roke dotikajo," in da, "da resnično manipulirate s predmeti, morate vedeti, kateri prsti so v stiku, s kolikšno silo deluje vsak prst, in nato uporabiti to informacijo za naslednji gib.« 

Dejanske napetosti, pri katerih možgani pošiljajo in sprejemajo impulze, so zelo nizke - okoli 100 milivoltov (mV). Pridobivanje in ojačanje teh signalov je bilo v raziskavah BCI velika težava. Tradicionalna pot neposrednega vsaditve elektrod v možgane ali hrbtenjačo prinaša neizogibna tveganja kirurških posegov, kot sta krvavitev ali okužba. Po drugi strani pa neinvazivne "nevralne košarice", kot so tiste, ki se uporabljajo v elektroencefalogramih (EEG), otežujejo sprejem in prenos signala zaradi "šuma". Kostna lobanja lahko razprši signale, zunanje okolje pa lahko moti sprejem. Poleg tega povezava z računalnikom zahteva zapleteno ožičenje, ki omejuje mobilnost, zato je trenutno večina nastavitev BCI v mejah laboratorijskih nastavitev. 

Flesher priznava, da so te omejitve omejile tudi klinične aplikacije na določeno populacijo z dostopom do tega razvoja. Prepričana je, da bi vključitev več raziskovalcev z različnih področij lahko spodbudila razvoj in morda ponudila inovativne rešitve za te ovire. 

"Delo, ki ga opravljamo, bi moralo druge navdušiti za raziskovanje te tehnologije ... strokovnjaki na različnih področjih, ki si prizadevajo za isti cilj, je veliko hitrejša pot do zagotavljanja najboljših rešitev pacientom." 

Pravzaprav raziskovalci in oblikovalci globlje raziskujejo BCI, ne le za premagovanje teh omejitev, temveč za razvoj novih aplikacij, ki so ustvarile večje zanimanje javnosti. 

Iz laboratorija in v igro 

Od svojih začetkov kot študentski startup na Univerzi v Michiganu je Neurable s sedežem v Bostonu postal eden najvidnejših igralcev na rastočem področju BCI z raziskovanjem drugačnega pristopa k tehnologiji BCI. Namesto gradnje lastne strojne opreme je Neurable razvil lastniško programsko opremo, ki uporablja algoritme za analizo in obdelavo signalov iz možganov.  

»Pri Neurable smo ponovno razumeli, kako delujejo možganski valovi,« pojasnjuje izvršni direktor in ustanovitelj dr. Ramses Alcaide. "Sedaj lahko pridobimo te signale iz standardnih nastavitev EEG in jih združimo z našimi učnimi algoritmi, da prerežemo hrup in poiščemo prave signale, pri visoki stopnji hitrosti in natančnosti." 

Druga inherentna prednost, po mnenju Alcaide, je, da je njihov komplet za razvoj programske opreme (SDK) neodvisen od platforme, kar pomeni, da ga je mogoče uporabiti za katero koli združljivo programsko opremo ali napravo. Ta ločitev od kalupa 'raziskovalnega laboratorija' je zavestna poslovna odločitev podjetja, da odpre možnosti, kje in kako je mogoče uporabiti tehnologijo BCI. 

"Zgodovinsko gledano so bili BCI-ji vsebovani v laboratoriju, mi pa ustvarjamo izdelek, ki bo lahko koristil vsem, saj je naše SDK-je mogoče uporabiti v kateri koli vlogi, medicinsko ali ne." 

Zaradi te potencialne razbremenitve je tehnologija BCI privlačna v številnih aplikacijah. Pri nevarnih poklicih, kot je kazenski pregon ali gasilci, se lahko simulacija scenarijev iz resničnega življenja brez zahtevane nevarnosti izkaže za neprecenljivo za proces usposabljanja. 

Močna komercialna uporaba na področju iger prav tako povzroča veliko navdušenja. Igralni navdušenci že sanjajo o tem, da bi se popolnoma potopili v virtualni svet, kjer je senzorično okolje čim bližje realnosti. Brez ročnega krmilnika si lahko igralci "omislijo" izvajanje ukazov v virtualnem okolju. Dirka za ustvarjanje najbolj poglobljene igralne izkušnje je spodbudila številna podjetja, da so preučila komercialne možnosti BCI. Neurable vidi prihodnost v komercialni tehnologiji BCI in tej poti razvoja namenja sredstva. 

"Želimo videti našo tehnologijo vgrajeno v čim več aplikacij programske in strojne opreme," pravi Alcaide. "Omogočiti ljudem interakcijo s svetom samo z uporabo možganske dejavnosti, to je pravi pomen našega gesla: svet brez omejitev."