Rozmowa z bliskimi, granie w grę komputerową i kontrolowanie protezy - to wszystko można nawet zrobić
Jak sparaliżowani ludzie wracają do normalnego życia?
James Johnson ma nadzieję, że pewnego dnia będzie mógł usiąśćznów za kierownicą. Jeśli to zrobi, to tylko używając mocy swoich myśli. W marcu 2017 roku Johnson złamał kark w wypadku i został prawie całkowicie sparaliżowany od ramion w dół.
Przedstawili go specjaliści od rehabilitacji Johnsonaprzez naukowców z California Institute of Technology (Caltech) w Pasadenie. Został zaproszony do udziału w badaniu klinicznym interfejsu mózg-komputer (BCI lub BCI).
Najpierw przeszedł operację neurochirurgiczną iwszczepił dwie siatki elektrod do kory mózgowej. Elektrody te rejestrują odpalanie neuronów w mózgu. Następnie badacze za pomocą algorytmów rozszyfrowują jego myśli i intencje. Następnie system wykorzystuje aktywność mózgu Johnsona do obsługi aplikacji komputerowych lub pomagania mu w podążaniu w określonym kierunku.
Kiedy Johnson po raz pierwszy użył interfejsu mózg-komputer, wszczepionego w listopadzie 2018 r., mógł poruszać kursorem po ekranie. Aby to zrobić, wystarczyło o tym pomyśleć.
Od tego czasu Johnson wykorzystuje BCI do kontroliramię robota do grania w gry wideo i prowadzenia symulowanego samochodu w wirtualnej rzeczywistości. Johnson jest jedną z 35 osób, którym na długo wszczepiono BCI do mózgu. Badania takie prowadzi jedynie około 12 laboratoriów, ale liczba ta rośnie.
Jak dobrze urządzenia czytają myśli i pomagają robić to, co chcesz?
W ciągu ostatnich pięciu lat zakres umiejętności, któremożna przywrócić za pomocą BCI, znacznie się rozwinął. Tylko w 2021 roku naukowcy opisali przypadek, w którym pacjent użył robotycznego ramienia, które wysyłało sensoryczną informację zwrotną bezpośrednio do jego mózgu. Również proteza mowy dla osób, które utraciły zdolność mówienia w wyniku udaru. I człowieka, który potrafił komunikować się z rekordową szybkością, wyobrażając sobie, że pisze ręcznie.
Czy mowę można przywrócić?
„Jedną z najpoważniejszych konsekwencji uszkodzenia mózgu jest utrata zdolności komunikowania się” – mówi Edward Chang, neurochirurg i neurobiolog z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco.
Na początku pracy z BCI uczestnicy mogli się poruszaćkursor na ekranie komputera, wyobrażając sobie ruch ręki i sposób, w jaki naciskają klawisze. Ta oparta na kursorach komunikacja była w stanie przesyłać około 40 znaków na minutę, co jest rekordem ustanowionym w 2017 roku przez zespół kierowany przez Krishnę Shenę, neurologa z Uniwersytetu Stanforda w Kalifornii.
Następnie w 2021 roku ta sama grupa zgłosiła nowe podejście, w ramach którego członek Dennis Degrare był w stanie przekazać dwa razy więcej postaci.
Kolega Shenoya - Frank Willett - zasugerował Degray'owiwyobraź sobie, jak pisze słowa ręcznie, podczas gdy naukowcy badają dane z jego kory ruchowej. System czasami miał trudności z analizowaniem sygnałów, które dotyczyły liter wizualnie podobnych do litery - r, n i h, ale ogólnie mógł łatwo zidentyfikować wszystkie litery.
Algorytm dekodowania wykazał dokładność 95%, ale przy zastosowaniu autokorekty, podobnej do tego w zwykłym smartfonie, dokładność wzrosła do 99%.
Ale jest inny sposób przekazywania informacji.Edward Chang, neurochirurg i neurolog z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco, zaproponował podejście, które skupia się na mówieniu, a nie pisaniu. Tak jak tekst składa się z pojedynczych liter, mowa składa się z pojedynczych jednostek zwanych fonemami. W języku angielskim istnieje około 50 fonemów: każdy można uzyskać za pomocą określonego ruchu traktu głosowego, języka i ust.
Grupa Changa najpierw pracowała nad częścią naukowąMózg generujący fonemy, a tym samym mowę, to słabo poznany obszar zwany grzbietową korą krtani. Naukowcy stworzyli system dekodowania mowy, który wyświetla zdekodowane sygnały użytkownika w postaci tekstu na ekranie. W 2021 roku grupa podała, że urządzenie umożliwiało komunikację za pomocą z góry określonego zestawu 50 słów. Szybkość wynosiła 15 słów na minutę.
W tym przypadku naukowcy nie rejestrowali danych zposzczególne neurony. Zamiast tego użyli elektrod umieszczonych na powierzchni kory mózgowej, które wykrywają średnią aktywność wszystkich neuronów. Sygnały nie są tak dokładne, jak te z elektrod wszczepionych w korę mózgową, ale podejście jest mniej inwazyjne.
Czy takie urządzenia są w domenie publicznej?
Obecnie większość implantówrejestrujące aktywność poszczególnych neuronów, stworzyła firma Blackrock Neurotech. Są twórcami urządzeń medycznych z siedzibą w Salt Lake City. Jednak w ciągu ostatnich siedmiu lat zainteresowanie komercyjne BCI dramatycznie wzrosło. Na przykład w 2016 roku przedsiębiorca Elon Musk uruchomił NeuraLynx w San Francisco, aby opracować podobne urządzenie. Firma zebrała 363 miliony dolarów.
Prezes Zarządu Blackrock NeurotechFlorian Solzbacher powiedział, że chce wprowadzić system BCI na rynek w ciągu roku. W listopadzie 2021 roku amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków (FDA), która reguluje wyroby medyczne, uruchomiła przyspieszony proces przeglądu produktów firmy, aby ułatwić wprowadzanie ich na rynek. Być może ich interfejs stanie się pierwszym masowym produktem w tym obszarze.
Co dalej?
Eksperci podkreślają, że deweloperzykomercyjne urządzenia BCI będą musiały działać bez specjalistycznego nadzoru przez miesiące, a nawet lata. Ważne jest również, aby upewnić się, że interfejs działa równie dobrze dla każdego użytkownika.
Zauważyli również, że postępy w uczeniu maszynowym pomogą rozwiązać pierwszy problem. Jednak osiągnięcie uniwersalnej wydajności niezależnie od użytkownika jest trudniejszym zadaniem.
Ponadto etycy podkreślają, żeże użytkownicy powinni zachować pełną kontrolę nad danymi urządzenia. Nowoczesne technologie nie potrafią rozszyfrować prywatnych myśli ludzi, jednak programiści będą dysponować danymi na temat wszystkich dialogów użytkownika, a także ważnymi danymi na temat zdrowia ich mózgu. Należy zauważyć, że IMC to nowy rodzaj zagrożenia cyberbezpieczeństwa.
Czytaj więcej:
Poluje się na nią od wieków: co wiemy o planecie Vulcan obok Słońca?
Fizycy eksperymentalnie potwierdzili nowe prawo podstawowe dla cieczy
Astronomowie odkryli źródło tajemniczych rozbłysków radiowych pochodzących z kosmosu