Vmesniki možgani-stroj: kaj so in kako delujejo?

Predstavljajte si, če bi lahko sami upravljali robota ali igrali videoigro. Sliši se kot znanstvena fantastika, toda ravno za to se že uporabljajo vmesniki možgani-stroj (BMI). Z aplikacijami od zabave do medicine bodo BMI spremenili svet tehnologije, kakršnega poznamo. Toda kaj točno so? In kako delujejo?

Ta članek bo zajemal vse o vmesnikih možganov in strojev, vključno s trenutnimi primeri, kako delujejo in za kaj bi lahko BMI uporabili v prihodnosti.

Kaj je vmesnik stroj-možgani?

Vmesniki možgani-stroj (BMI), znani tudi kot vmesniki možgani-računalnik, so naprave, ki premostijo možgane in zunanjo napravo. Lahko berejo možgansko aktivnost človeka in te informacije posredujejo neposredno v računalniški sistem. ITM bi lahko na primer bolniku pomagal nadzorovati robotsko protezo. Lahko pa uporabniku omogoči, da v besedilni procesor vnese samo svoje misli.

ITM so lahko invazivni ali neinvazivni. Invazivni ITM zahteva operacijo in običajno vključuje namestitev elektrod neposredno pod lasišče za natančnejše sporočanje možganskih signalov. Po drugi strani pa se neinvazivni ITM namestijo na glavo brez operacije in berejo električno aktivnost možganov. Slaba stran je, da velik del te dejavnosti zavira lobanja, zato so neinvazivni ITM pogosto manj močni.

Kako delujejo vmesniki med možgani in stroji?

Ko razmišljamo, naši možgani proizvajajo električne signale, poslane skozi možganske celice (znane kot nevroni). Te električne signale lahko poberejo in razlagajo medicinski pripomočki, pravzaprav se to že desetletja počne za diagnosticiranje možganskih stanj.

Dva načina za to se imenujeta elektroencefalografija (EEG) in elektromiografija (EMG). EEG razlaga električne signale iz možganov, medtem ko EMG razlaga te signale iz mišic.

Za diagnosticiranje možganskih stanj se odčitki EEG in EMG primerjajo z "normalno" možgansko aktivnostjo, pri čemer bolezenska stanja proizvajajo posebne vzorce v električni aktivnosti možganov. Zdaj pa lahko gremo še dlje.

Nedavni napredek pomeni, da lahko iz dejavnosti možganov pridobimo več informacij, vključno s čustvenimi stanji, gibi ali dejanji, ki jih nameravate izvesti, in celo s posebnimi mislimi.

Algoritmi strojnega učenja lahko določijo, kako "izgledajo" ta določena stanja (glede na njihovo električno aktivnost). Ti algoritmi so podani s podatki EEG in EMG iz nadzorovanih poskusov in odkriti so vzorci možganske aktivnosti. Dejavnost možganov se nato spremlja in analizira v realnem času, da se ugotovijo specifična duševna stanja ali dejanja (na primer "premik levo").

Trenutni primeri ITM

Obstaja več trenutnih primerov BMI, od katerih se mnogi na splošno razlikujejo. Ker obstaja tako velik potencial za tisto, kar je mogoče z ITM, se mnogi oblikujejo hkrati na popolnoma različnih področjih. Nekateri BMI se uporabljajo predvsem v medicinske namene, da se invalidnim osebam omogoči ponovna hoja ali za nadzor naprav brez uporabe rok. Drugi so namenjeni igram iger in prostočasnim aktivnostim.

Kohlearni vsadki

Kohlearni vsadki niso tisto, kar bi marsikdo pomislil, ko bi omenili ITM, so pa dejansko ena prvih tehnologij, ki je povezovala možgane uporabnika s strojem. Delujejo tako, da tistim, ki so gluhi ali skoraj gluhi, vrnejo občutek zvoka. Implantat je kirurško nameščen pod kožo uporabnika, z mikrofonom zajema zvok v okolici, nato pa z električnimi impulzi poveča in prenaša zvok v možgane uporabnika.

Muse

Muse je "zaznavajoč trak za glavo", ki lahko zazna čustvena stanja pri uporabniku. Začetno podjetje ima programe, osredotočene na dobro počutje zaposlenih. Zaposleni nosi trak za glavo in lahko obvladuje stopnjo stresa in produktivnost na podlagi povratnih informacij traku za glavo.

Nadzor brezpilotnih letal

Že leta 2015 so raziskovalci z univerze na Floridi razvili trak za glavo z indeksom telesne mase, ki bi uporabniku omogočal usmerjeno upravljanje brezpilotnega letala samo z mislijo.

Neprenosno

Leta 2017 je Neprenosno je izdal igro dokazov o konceptu, ki je bila soba za pobeg z BMI. Igralci so si nataknili slušalke VR in pobegnili iz sobe samo s svojimi mislimi. Neurable načrtuje razvoj izdelkov, ki vam omogočajo nadzor vašega pametnega telefona (na primer preskakovanje ali ustavitev skladb) prek vašega uma.

Znano podjetje Elona Muska Neuralink je primer invazivnega ITM. S pomočjo kirurško implantiranih "niti" želi Neuralink povezati možgane z računalnikom prek sredstev z visoko pasovno širino. Končni cilj Neuralinka je pomagati ljudem preseči tradicionalne sisteme umetne inteligence. Neuralink je bil že preizkušen (znano) pri opičjem bolniku, opica pa je lahko igrajte pong zgolj z razmišljanjem.

Drugi primeri BMI, ki se trenutno razvijajo, so Kernel, NextMind, Neurosity in Nectome.

Za kaj se bodo BMI uporabljali v prihodnosti?

Ena od aplikacij ITM je uporabnikom zagotoviti povratne informacije o njihovih duševnih stanjih. Na primer, ITM bi lahko odkril visoko stopnjo zaspanosti ali nepazljivosti in dal opozorila v okoljih z visokim tveganjem, na primer pri vožnji ali uporabi nevarnih strojev. ITM bi lahko uporabili tudi za uravnavanje čustev ali celo za zmanjšanje bolečine, kar ima za vojsko več možnosti uporabe.

ITM imajo tudi na desetine potencialnih aplikacij v medicini. Na primer, lahko jih uporabljajo za amputirane osebe za nadzor napredne protetike ali zdravljenje nevroloških stanj, kot sta Alzheimerjeva ali Parkinsonova bolezen.

V potrošniškem prostoru bi lahko ITM uporabili za nešteto stvari. Uporabniki so lahko s svojimi mislimi upravljali svoje pametne domove, vklapljali in izklapljali luči, preklapljali kanale ali celo samodejno ustvarjali sezname predvajanja glede na svoje razpoloženje. Nedvomno bo v navidezni resničnosti in drugih igrah velik prostor za ITM, kjer je uporaba krmilnikov ena od zadnjih ovir za popolno potopitev.

ITM: nadzor uma

Vmesniki med možgani in stroji bodo nedvomno prisotni v prihodnosti, bolj ali manj natančno tako, kot so prikazani v znanstvenofantastičnih filmih. Pravzaprav je veliko že komercialno dostopnih, ki imajo zmogljivosti, ki lahko močno razširijo človeške možgane. Nekega dne vam ne bo treba več pritiskati gumbov ali vnašati ukazov. Lahko boste vstopili v svojo hišo, vklopili in izklopili luči ter igrali igre v navidezni resničnosti, ne da bi pri tem sploh uporabili roke.

Ko se tehnologija sreča z biologijo: 6 medicinskih tehnologij, ki oblikujejo prihodnost zdravstva

Presenečeni boste nad nekaterimi rešilnimi tehnologijami, ki bodo prišle v vaše lokalne zdravstvene ustanove.

Preberite Naprej

O avtorju