Διεπαφές εγκεφάλου-μηχανής: Τι είναι και πώς λειτουργούν;

Φανταστείτε αν θα μπορούσατε να ελέγξετε ένα ρομπότ ή να παίξετε ένα βιντεοπαιχνίδι χρησιμοποιώντας μόνο το μυαλό σας. Ακούγεται σαν επιστημονική φαντασία, αλλά για αυτό ακριβώς χρησιμοποιούνται οι διεπαφές εγκεφάλου-μηχανής (ΔΜΣ). Με εφαρμογές από ψυχαγωγία έως ιατρική, οι ΔΜΣ θα αλλάξουν τον κόσμο της τεχνολογίας όπως την ξέρουμε. Τι ακριβώς είναι όμως; Και πώς λειτουργούν;

Αυτό το άρθρο θα καλύψει τα πάντα σχετικά με τις διεπαφές εγκεφάλου-μηχανής, συμπεριλαμβανομένων των τρεχόντων παραδειγμάτων, του τρόπου με τον οποίο λειτουργούν και για ποιο λόγο θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν οι ΔΜΣ στο μέλλον.

Τι είναι η διεπαφή εγκεφάλου-μηχανής;

Οι διεπαφές εγκεφάλου-μηχανής (ΔΜΣ), γνωστές και ως διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή, είναι συσκευές που γεφυρώνουν τον εγκέφαλό σας και μια εξωτερική συσκευή. Μπορούν να διαβάσουν τη δραστηριότητα του ανθρώπινου εγκεφάλου και να μεταφέρουν αυτές τις πληροφορίες απευθείας σε ένα σύστημα υπολογιστή. Για παράδειγμα, ένας ΔΜΣ θα μπορούσε να βοηθήσει έναν ασθενή να ελέγξει μια ρομποτική πρόθεση. Or, θα μπορούσε να επιτρέψει στον χρήστη να πληκτρολογήσει έναν επεξεργαστή κειμένου χρησιμοποιώντας μόνο τις σκέψεις του.

Οι ΔΜΣ μπορεί να είναι είτε επεμβατικοί είτε μη επεμβατικοί. Ένας διηθητικός ΔΜΣ απαιτεί χειρουργική επέμβαση και συνήθως περιλαμβάνει την τοποθέτηση ηλεκτροδίων απευθείας κάτω από το τριχωτό της κεφαλής για την ακριβέστερη επικοινωνία των εγκεφαλικών σημάτων. Από την άλλη πλευρά, οι μη επεμβατικοί ΔΜΣ τοποθετούνται πάνω από το κεφάλι χωρίς χειρουργική επέμβαση και διαβάζουν την ηλεκτρική δραστηριότητα του εγκεφάλου σας. Το μειονέκτημα είναι ότι μεγάλο μέρος αυτής της δραστηριότητας εξασθενεί από το κρανίο, οπότε οι μη επεμβατικοί ΔΜΣ είναι συχνά λιγότερο ισχυροί.

Πώς λειτουργούν οι διεπαφές εγκεφάλου-μηχανής;

Όταν σκεφτόμαστε, ο εγκέφαλός μας παράγει ηλεκτρικά σήματα που στέλνονται μέσω των εγκεφαλικών κυττάρων (γνωστοί ως νευρώνες). Αυτά τα ηλεκτρικά σήματα μπορούν να ληφθούν και να ερμηνευτούν από ιατρικές συσκευές, και μάλιστα, αυτό έχει γίνει εδώ και δεκαετίες για τη διάγνωση παθήσεων του εγκεφάλου.

Οι δύο μέθοδοι για να γίνει αυτό ονομάζονται ηλεκτροεγκεφαλογραφία (ΗΕΓ) και ηλεκτρομυογραφία (ΗΜΓ). Το ΗΕΓ ερμηνεύει τα ηλεκτρικά σήματα από τον εγκέφαλο, ενώ το ΗΜΓ ερμηνεύει αυτά τα σήματα από τους μυς.

Για τη διάγνωση καταστάσεων του εγκεφάλου, οι αναγνώσεις ΗΕΓ και ΗΜΓ συγκρίνονται με "φυσιολογική" εγκεφαλική δραστηριότητα, με τις καταστάσεις της νόσου να παράγουν συγκεκριμένα πρότυπα στην ηλεκτρική δραστηριότητα του εγκεφάλου. Τώρα, όμως, είμαστε σε θέση να προχωρήσουμε ακόμη περισσότερο.

Οι πρόσφατες εξελίξεις σημαίνουν ότι μπορούμε να συλλέξουμε περισσότερες πληροφορίες από τη δραστηριότητα του εγκεφάλου, συμπεριλαμβανομένων των συναισθηματικών καταστάσεων, των κινήσεων ή των ενεργειών που πρόκειται να εκτελέσετε, ακόμη και συγκεκριμένων σκέψεων.

Οι αλγόριθμοι μηχανικής μάθησης μπορούν να καθορίσουν πώς «φαίνονται» αυτές οι συγκεκριμένες καταστάσεις (όσον αφορά την ηλεκτρική τους δραστηριότητα). Σε αυτούς τους αλγόριθμους δίνονται τμήματα δεδομένων ΗΕΓ και ΗΜΓ από ελεγχόμενα πειράματα και ανακαλύπτονται μοτίβα στη δραστηριότητα του εγκεφάλου. Στη συνέχεια, η δραστηριότητα του εγκεφάλου παρακολουθείται και αναλύεται σε πραγματικό χρόνο για να καθοριστούν συγκεκριμένες ψυχικές καταστάσεις ή ενέργειες (όπως "μετακίνηση αριστερά").

Τρέχοντα Παραδείγματα ΔΜΣ

Υπάρχουν αρκετά τρέχοντα παραδείγματα ΔΜΣ, πολλά από τα οποία είναι εντελώς διαφορετικά μεταξύ τους. Επειδή υπάρχουν τόσο τεράστιες δυνατότητες για ό, τι είναι δυνατό με τους ΔΜΣ, πολλοί σχεδιάζονται ταυτόχρονα σε εντελώς διαφορετικούς τομείς. Ορισμένοι ΔΜΣ χρησιμοποιούνται κυρίως για ιατρικούς σκοπούς, για να επιτρέψουν στα άτομα με ειδικές ανάγκες να περπατήσουν ξανά ή για να ελέγξουν συσκευές χωρίς τη χρήση χεριών. Άλλα έχουν σχεδιαστεί για παιχνίδια και δραστηριότητες αναψυχής.

Κοχλιακά εμφυτεύματα

Τα κοχλιακά εμφυτεύματα δεν είναι αυτό που πολλοί θα σκεφτόταν όταν αναφέρονται οι ΔΜΣ, αλλά είναι στην πραγματικότητα μια από τις πρώτες τεχνολογίες που συνέδεσαν τον εγκέφαλο ενός χρήστη με μια μηχανή. Δουλεύουν παρέχοντας την αίσθηση του ήχου πίσω σε όσους είναι κωφοί ή σχεδόν κωφοί. Το εμφύτευμα τοποθετείται χειρουργικά κάτω από το δέρμα του χρήστη, χρησιμοποιεί μικρόφωνο για να συλλέγει τον περιβάλλοντα ήχο, στη συνέχεια αυξάνει και μεταδίδει τον ήχο μέσω ηλεκτρικών παλμών στον εγκέφαλο του χρήστη.

Μούσα

Μούσα είναι μια "κεφαλή ανίχνευσης" που μπορεί να ανιχνεύσει συναισθηματικές καταστάσεις στον χρήστη. Η νεοσύστατη εταιρεία έχει προγράμματα που εστιάζουν στην ευεξία των εργαζομένων. Ο υπάλληλος φοράει την κεφαλή και μπορεί να διαχειριστεί τα επίπεδα άγχους και την παραγωγικότητά του με βάση την ανατροφοδότηση από την κεφαλή.

Έλεγχος Drone

Μέχρι το 2015, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Φλόριντα ανέπτυξαν μια κορδέλα κεφαλής BMI που θα επέτρεπε στον χρήστη να ελέγχει ένα drone κατευθυντικά χρησιμοποιώντας μόνο το μυαλό του.

Ανθεκτικός

Το 2017, Ανθεκτικός κυκλοφόρησε ένα παιχνίδι απόδειξης της ιδέας που ήταν ένα δωμάτιο διαφυγής ελεγχόμενο με ΔΜΣ. Οι παίκτες φόρεσαν ένα ακουστικό VR και διέφυγαν από το δωμάτιο χρησιμοποιώντας μόνο τις σκέψεις τους. Το Neurable σχεδιάζει να αναπτύξει προϊόντα που σας επιτρέπουν να ελέγχετε το smartphone σας (για παράδειγμα, παραλείποντας ή διακόπτοντας τραγούδια) μέσω του μυαλού σας.

Η διάσημη εταιρεία του Έλον Μασκ Neuralink είναι ένα παράδειγμα διηθητικού ΔΜΣ. Χρησιμοποιώντας χειρουργικά εμφυτευμένα «νήματα», η Neuralink στοχεύει να συνδέσει τον εγκέφαλο με έναν υπολογιστή μέσω μέσων εξαιρετικά υψηλού εύρους ζώνης. Ο τελικός στόχος του Neuralink είναι να βοηθήσει τους ανθρώπους να ξεπεράσουν τα παραδοσιακά συστήματα τεχνητής νοημοσύνης. Το Neuralink έχει ήδη δοκιμαστεί (περίφημα) σε έναν ασθενή πιθήκου και ο πίθηκος μπόρεσε παίξτε Pong καθαρά με τη σκέψη.

Άλλα παραδείγματα BMI που βρίσκονται σε εξέλιξη είναι Kernel, NextMind, Neurosity και Nectome.

Σε τι θα χρησιμοποιηθούν οι ΔΜΣ στο μέλλον;

Μια εφαρμογή των ΔΜΣ είναι να παρέχουν ανατροφοδότηση στον χρήστη σχετικά με τις ψυχικές τους καταστάσεις. Για παράδειγμα, ένας ΔΜΣ θα μπορούσε να ανιχνεύσει υψηλά επίπεδα υπνηλίας ή απροσεξίας και να παρέχει προειδοποιήσεις σε περιβάλλοντα υψηλού κινδύνου, όπως οδήγηση ή χρήση επικίνδυνων μηχανημάτων. Ένας ΔΜΣ θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη ρύθμιση των συναισθημάτων ή ακόμη και για τη μείωση του πόνου, ο οποίος έχει πολλές πιθανές χρήσεις για τον στρατό.

Οι ΔΜΣ έχουν επίσης δεκάδες πιθανές εφαρμογές στην ιατρική. Για παράδειγμα, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για ακρωτηριασμένους για τον έλεγχο της προηγμένης προσθετικής ή για τη θεραπεία νευρολογικών καταστάσεων όπως η νόσος του Αλτσχάιμερ ή του Πάρκινσον.

Στον καταναλωτικό χώρο, οι ΔΜΣ θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για μυριάδες πράγματα. Οι χρήστες μπορούσαν να ελέγχουν τα έξυπνα σπίτια τους με το μυαλό τους, να ανάβουν και να σβήνουν τα φώτα, να αλλάζουν κανάλια ή ακόμα και να δημιουργούνται αυτόματα λίστες αναπαραγωγής με βάση τις διαθέσεις τους. Αναμφίβολα, θα υπάρχει ένας τεράστιος χώρος για ΔΜΣ στην εικονική πραγματικότητα και σε άλλα παιχνίδια όπου η χρήση χειριστηρίων είναι ένα από τα τελευταία εμπόδια για την πλήρη εμβάπτιση.

ΔΜΣ: Έλεγχος μυαλού

Οι διεπαφές εγκεφάλου-μηχανής αναμφίβολα θα υπάρχουν στο μέλλον, με τον λίγο πολύ τον ακριβή τρόπο που απεικονίζονται σε ταινίες επιστημονικής φαντασίας. Στην πραγματικότητα, πολλά είναι ήδη εμπορικά διαθέσιμα τα οποία έχουν δυνατότητες που μπορούν να επεκτείνουν κατά πολύ τον ανθρώπινο εγκέφαλο. Μια μέρα, δεν θα χρειάζεται πλέον να πατάτε κουμπιά ή να πληκτρολογείτε εντολές. Θα μπορείτε να μπείτε στο σπίτι σας, να ανάβετε και να σβήνετε τα φώτα και να παίζετε παιχνίδια στην εικονική πραγματικότητα χωρίς να χρησιμοποιείτε καθόλου τα χέρια σας.

Όταν η τεχνολογία συναντά τη βιολογία: 6 ιατρικές τεχνολογίες που διαμορφώνουν το μέλλον της υγειονομικής περίθαλψης

Θα εκπλαγείτε από την τεχνολογία σωτηρίας που θα πλησιάσει τις τοπικές εγκαταστάσεις υγειονομικής περίθαλψης.

Διαβάστε Επόμενο

Σχετικά με τον Συγγραφέα