Interfejsy mózg-maszyna: czym są i jak działają?

Wyobraź sobie, że możesz sterować robotem lub grać w grę wideo za pomocą samego umysłu. Brzmi to jak sci-fi, ale właśnie do tego są już używane interfejsy mózg-maszyna (BMI). Dzięki aplikacjom od rozrywki po medycynę, wskaźniki BMI zmienią świat technologii, jaki znamy. Ale czym one właściwie są? A jak działają?

W tym artykule omówimy wszystko na temat interfejsów mózg-maszyna, w tym aktualne przykłady, jak one działają i do czego można wykorzystać BMI w przyszłości.

Co to jest interfejs mózg-maszyna?

Interfejsy mózg-maszyna (BMI), znane również jako interfejsy mózg-komputer, to urządzenia łączące mózg z urządzeniem zewnętrznym. Potrafią czytać aktywność ludzkiego mózgu i przekazywać te informacje bezpośrednio do systemu komputerowego. Na przykład BMI może pomóc pacjentowi w kontrolowaniu robotycznej protezy. Lub może umożliwić użytkownikowi pisanie w edytorze tekstu przy użyciu tylko swoich myśli.

BMI mogą być inwazyjne lub nieinwazyjne. Inwazyjne BMI wymaga operacji i zwykle polega na umieszczeniu elektrod bezpośrednio pod skórą głowy, aby dokładniej przekazywać sygnały mózgowe. Z drugiej strony nieinwazyjne wskaźniki BMI są umieszczane nad głową bez operacji i odczytują aktywność elektryczną mózgu. Minusem jest to, że większość tej aktywności jest tłumiona przez czaszkę, więc nieinwazyjne BMI są często słabsze.

Jak działają interfejsy mózg-maszyna?

Kiedy myślimy, nasze mózgi wytwarzają sygnały elektryczne wysyłane przez komórki mózgowe (znane jako neurony). Te sygnały elektryczne mogą być wychwytywane i interpretowane przez urządzenia medyczne i faktycznie robi się to od dziesięcioleci w celu diagnozowania chorób mózgu.

Dwie metody do tego celu nazywane są elektroencefalografią (EEG) i elektromiografią (EMG). EEG interpretuje sygnały elektryczne z mózgu, podczas gdy EMG interpretuje te sygnały z mięśni.

Aby zdiagnozować stan mózgu, odczyty EEG i EMG są porównywane z „normalną” aktywnością mózgu, przy czym stany chorobowe wytwarzają określone wzorce aktywności elektrycznej mózgu. Teraz jednak możemy pójść jeszcze dalej.

Ostatnie postępy oznaczają, że możemy zebrać więcej informacji z aktywności mózgu, w tym stanów emocjonalnych, ruchów lub czynności, które zamierzasz wykonać, a nawet konkretnych myśli.

Algorytmy uczenia maszynowego mogą określić, jak „wyglądają” te poszczególne stany (pod względem ich aktywności elektrycznej). Algorytmy te otrzymują wiązki danych EEG i EMG z kontrolowanych eksperymentów i odkrywane są wzorce aktywności mózgu. Aktywność mózgu jest następnie monitorowana i analizowana w czasie rzeczywistym w celu określenia określonych stanów psychicznych lub działań (takich jak „przesuń się w lewo”).

Aktualne przykłady BMI

Istnieje kilka aktualnych przykładów wskaźników BMI, z których wiele znacznie się od siebie różni. Ponieważ istnieje tak ogromny potencjał tego, co jest możliwe dzięki BMI, wiele z nich jest projektowanych jednocześnie w zupełnie innych dziedzinach. Niektóre wskaźniki BMI są wykorzystywane głównie do celów medycznych, aby umożliwić osobom niepełnosprawnym ponowne chodzenie lub sterowanie urządzeniami bez użycia rąk. Inne są przeznaczone do gier i spędzania wolnego czasu.

Implanty ślimakowe

Implanty ślimakowe nie są tym, co wielu ludzi rozważałoby, gdy wspomina się o BMI, ale w rzeczywistości są jedną z pierwszych technologii, które połączyły mózg użytkownika z maszyną. Działają, zapewniając poczucie dźwięku osobom niesłyszącym lub prawie głuchym. Implant jest chirurgicznie umieszczany pod skórą użytkownika, wykorzystuje mikrofon do wychwytywania otaczających dźwięków, a następnie wzmacnia i przekazuje dźwięk za pomocą impulsów elektrycznych do mózgu użytkownika.

Muza

Muza to „czująca opaska na głowę”, która może wykrywać stany emocjonalne osoby noszącej. Firma rozpoczynająca działalność ma programy skupiające się na dobrym samopoczuciu pracowników. Pracownik nosi opaskę i może zarządzać poziomem stresu i wydajnością w oparciu o informacje zwrotne z opaski.

Sterowanie dronem

Już w 2015 roku naukowcy z University of Florida opracowali opaskę BMI, która pozwala użytkownikowi sterować dronem kierunkowo za pomocą samego umysłu.

Zdrowy

W 2017 roku Zdrowy wydała grę typu proof-of-concept, która była pokojem ewakuacyjnym kontrolowanym przez BMI. Gracze zakładali gogle VR i uciekali z pokoju, używając wyłącznie swoich myśli. Neurable planuje opracowywać produkty, które umożliwiają sterowanie smartfonem (na przykład pomijanie lub wstrzymywanie utworów) za pomocą umysłu.

Słynna firma Elona Muska Neurolink jest przykładem inwazyjnego BMI. Wykorzystując chirurgicznie wszczepione „nitki”, Neuralink ma na celu połączenie mózgu z komputerem za pomocą środków o ultrawysokiej przepustowości. Ostatecznym celem Neuralink jest pomoc ludziom w prześcignięciu tradycyjnych systemów sztucznej inteligencji. Neuralink został już przetestowany (sławnie) na małpim pacjencie i małpa była w stanie: graj w Ponga wyłącznie poprzez myślenie.

Inne przykłady aktualnie opracowywanych wskaźników BMI obejmują Kernel, NextMind, Neurosity i Nectome.

Do czego będą wykorzystywane BMI w przyszłości?

Jednym z zastosowań BMI jest dostarczanie użytkownikowi informacji zwrotnej na temat jego stanu psychicznego. Na przykład BMI może wykryć wysoki poziom senności lub nieuwagi i zapewnić ostrzeżenia w środowiskach wysokiego ryzyka, takich jak prowadzenie pojazdów lub używanie niebezpiecznych maszyn. BMI może być również używany do regulowania emocji, a nawet zmniejszania bólu, co ma kilka potencjalnych zastosowań dla wojska.

BMI mają również dziesiątki potencjalnych zastosowań w medycynie. Na przykład mogą być stosowane u osób po amputacji do kontrolowania zaawansowanej protetyki lub leczenia schorzeń neurologicznych, takich jak choroba Alzheimera czy Parkinsona.

W przestrzeni konsumenckiej wskaźniki BMI mogą być wykorzystywane do niezliczonych rzeczy. Użytkownicy mogą sterować swoimi inteligentnymi domami za pomocą swoich umysłów, włączać i wyłączać światła, przełączać kanały, a nawet automatycznie generować listy odtwarzania na podstawie ich nastrojów. Niewątpliwie w wirtualnej rzeczywistości i innych grach będzie ogromna przestrzeń dla BMI, w których używanie kontrolerów jest jedną z ostatnich barier w pełnej immersji.

BMI: Kontrola umysłu

Interfejsy mózg-maszyna bez wątpienia będą dostępne w przyszłości, mniej więcej w taki sposób, w jaki są przedstawiane w filmach science fiction. W rzeczywistości wiele z nich jest już dostępnych na rynku, a ich możliwości mogą znacznie rozszerzyć ludzki mózg. Pewnego dnia nie będziesz już musiał naciskać przycisków ani wpisywać poleceń. Będziesz mógł wejść do swojego domu, włączać i wyłączać światła oraz grać w gry w wirtualnej rzeczywistości bez użycia rąk.

Kiedy technika spotyka biologię: 6 technologii medycznych kształtujących przyszłość opieki zdrowotnej

Będziesz zachwycony niektórymi technologiami ratującymi życie, które mają trafić do lokalnych zakładów opieki zdrowotnej.

Czytaj dalej

O autorze