Hjerne-computer-grænseflader (BCI’er) udvikler sig og giver håb til dem med neurologiske tilstande

Efterspørgslen efter hjerne-computer-grænseflader (BCI’er) fortsætter med at stige. BCI’er kan virke som science fiction, men den forskning og udvikling, der er lagt i nutidens systemer, gør dem i stand til nogle fantastiske ting. Disse enheder gør det muligt for folk at kommunikere med elektroniske apparater kun ved tanke. Bemærkelsesværdigt er en gruppe forskere fra Carnegie Mellon overbeviste om, at de har opdaget en måde at forbedre BCI-kvaliteten på. Her er, hvad du behøver at vide.

The undersøgelse, som blev offentliggjort i Nature Communications, introducerer en ny metode til at forbedre ikke-invasiv BCI-ydeevne. Metoden udnytter ultralyd til at forbedre datatransmissionen mellem wearables og sindet. Som følge heraf har deres resultater begejstret hele fællesskabet.

Hjerne-computer-grænseflader (BCI’er)

Hjerne-computer-grænseflader er den naturlige evolution af menneske‑maskine‑interaktion. Mange er overraskede over at opdage, at det første tastatur ikke blev tænkt meget over. Computerdesignerne var mere fokuserede på andre opgaver end at skabe en ny måde at indtaste tekst i en maskine på. Nu er interaktion med maskiner blevet et centralt fokus for udviklere, der ønsker at gøre disse øjeblikke problemfri.

BCI-enheder kan udføre denne opgave. Disse enheder måler elektromagnetiske pulser i din hjerne og omsætter disse pulser til handlinger. De bedste systemer overvåger neurale kredsløb ved hjælp af ikke‑invasive metoder såsom wearables. Fordelen ved denne teknologi er, at den er billig at producere, nem at bruge, og alle kan udnytte dens funktioner.

Markedet for hjerne-computer-grænseflader på vej til at skyde i vejret

Ifølge den seneste Skyquest-rapport forventes BCI-markedet at opleve en stigning i omsætningen. Dataene viste, at markedet vil vokse til 6,18 mia. USD i 2030. Denne vækst svarer til en CAGR på 17,16 % i de følgende år. Væksten kommer fra mange sektorer, herunder øget brug inden for medicin, spil og underholdningsindustrien.

Den samme undersøgelse afslørede, hvordan AI og maskinlæring løfter denne teknologi til nye højder. Disse algoritmer har gjort det muligt for systemerne at lære at gøre mere og forbedre nøjagtigheden. Bedst af alt, jo mere data der modtages, desto bedre bliver ydeevnen. Følgelig er BCI-markedet på vej mod betydelig vækst.

Problemer med hjerne-computer-grænseflader

BCI-konceptet lyder godt på papiret, men at afkode hjernebølger er meget sværere, end man skulle forestille sig. Især når man overvejer, at størstedelen af arbejdet skal udføres på en ikke‑invasiv måde. Offentligheden ville ikke acceptere talrige skadede patienter med hjernechip-implantater, der gik galt.

Ikke‑invasive BCI’er er den bedste løsning. De er nemme at integrere og universelt tilgængelige, selv for stærkt handicappede personer. I dag måler ikke‑invasive BCI’er hjernebølgeaktivitet uden for kraniet. Dette ekstra lag af interferens reducerer nøjagtigheden af disse enheder betydeligt, hvilket resulterer i højere fejlrater sammenlignet med invasive alternativer.

Undersøgelse

Undersøgelsen, “Transkranial fokuseret ultralyd til V5 forbedrer menneskelig visuel bevægelses hjerne-computer-grænseflade ved at modulere feature‑baseret opmærksomhed,” viser, at ultralyd‑målrettet neuromodulation kan forbedre hjernens kommunikationsevner med ikke‑invasive BCI’er. Forskerne ønskede at teste, om transkranial fokuseret ultralyd (tFUS) kombineret med høj‑densitets elektroencefalografi (EEG) kilde‑imaging (ESI) kunne forbedre ydeevnen og give mulighed for at gennemføre tovejs‑kommunikation.

Forskere

Rapporten blev fremlagt af Carnegie Mellon-forskere ledet af Bin He. Hans team har brugt år på at forske i, udvikle og forbedre BCI-teknologi. Specifikt specialiserer forskerne sig i ikke‑invasive BCI’er, hvilket gør dem til den ideelle gruppe til at udføre denne undersøgelse.

Bemærkelsesværdigt modtog undersøgelsen betydelig støtte fra NIH’s The BRAIN Initiative og Helping to End Addiction Long‑term Initiative (NIH HEAL Initiative). Disse grupper leverede materiel og økonomisk støtte for at sikre, at forskerne havde adgang til alle nødvendige værktøjer. Dataene vil nu blive brugt til at fremme en række meget nødvendige videnskabelige studier.

Test

Testfasen af undersøgelsen introducerede 25 forsøgspersoner, som blev udstyret med en specialbygget EEG-hjelm. Hjelmen var designet til at indfange og registrere hjernebølger, som derefter sendes til en AI-algoritme til behandling. Systemet bruger dyb lærings‑algoritmer til at afkode bølgerne og forbedre ydeevnen, efterhånden som det udvider sine erfaringer.

Deltagerne havde to hovedopgaver. Den første opgave var at styre en robotarm. Alle forsøgspersoner var i stand til succesfuldt at manipulere den mekaniske hånd kun ved hjælp af deres sind. Den næste test havde deltagerne bruge en BCI‑stavemaskine. Stavemaskiner bruges ofte af handicappede personer til at forbedre kommunikationen.

Resultater

Undersøgelsens resultater var øjenåbnende. Deltagerne kunne manipulere robotarmen med lethed. AI‑algoritmen oversatte og afkodede med succes hjerneaktivitet til relevante opgaver i realtid. Enheden kodede derefter et retur‑signal, så personen vidste, at opgaven var fuldført. Denne tovejs‑kommunikation var en første for denne teknologi og markerer en vigtig milepæl i udviklingen.

Dataene fremhævede, at tFUS signifikant forbedrede ydeevnen for EEG‑wearables. Enhederne var i stand til bedre at indfange hjerneaktivitet, hvilket også reducerede fejlene i en BCI‑staveopgave. De højfrekvente bølger hjalp med at øge theta‑ og alfa‑aktivitet, dorsal visuel bearbejdning og hævede theta‑neuronale oscillationer. De senere signaler forbedrede koncentrationen.

Kilde – Carnegie Mellon

BCI‑stavemaskinens testresultater

BCI‑stavemaskinens testresultater viste, at deltagerne kunne stave det ønskede ord konsekvent, når en fokuseret ultralydstråle blev påført eksternt på hjernens visuelle cortex. Videnskabsfolk undersøgte deres resultater og opdagede, at neuromodulationen øgede neurale engagement, hvilket resulterede i højere nøjagtighed. Deltagerne kan stave komplekse ord, herunder Carnegie Mellon, som en del af testen. Følgelig kan dette gennembrud forbedre livet for millioner af handicappede personer globalt.

Fordele

Denne forskning kan give betydelige fordele i de kommende måneder. For det første hjælper deres undersøgelse med at fremme investering og forskning i BCI-teknologi. Tastaturet har forblevet det samme, siden den personlige computer blev introduceret. BCI ville udgøre en massiv opgradering, der ville åbne døren til en ny teknologisk æra.

Forskerne har demonstreret, hvordan fokuseret ultralyd‑neuromodulation af hjernen forbedrer dens evne til at kommunikere med eksterne EEG‑sensorer. Nu vil teamet arbejde på at lave mere miniature versioner af deres teknologi, som kan bruges overalt af alle. Derudover vil AI‑modellen udvide sig, efterhånden som flere data introduceres.

Brugstilfælde

Der er mange brugstilfælde for BCI‑computer enheder. Forestil dig at styre din smartphone blot med dit sind. For den gennemsnitlige person virker denne opgave som tryllekunst, men videnskaben er ikke så langt væk. Hvor denne teknologi gør en forskel, er når du dykker ned i dens primære brugstilfælde:

Sundhedspleje

Millioner af mennesker verden over er handicappede og ude af stand til at kommunikere eller håndtere komplekse opgaver. Integration af BCI’er med AI kan gøre livet meget enklere for disse personer. Teknologien vil kombinere med automatiserede rejsetjenester for at gøre det muligt for den gennemsnitlige person at komme rundt og udføre opgaver uanset deres fysiske tilstand. For dem, der lider af neurologiske tilstande, giver denne løsning fuldstændig mening.

Industri

Der er utallige måder, hvorpå BCI’er kan hjælpe med at strømline industrielle processer. Disse protokoller vil hjælpe ingeniører og andre faglærte arbejdere med at få adgang til og dele værdifulde data i realtid. Disse informationer vil kombineres med kraftfulde AI‑algoritmer for at øge effektiviteten og forbedre resultaterne, hvor det er muligt.

Virksomheder, der kan drage fordel af denne forskning

Den fortsatte forskning i BCI’er vil hjælpe med at drive adoptionen af nye teknologier i fremtiden. Specifikt vil fjernelsen af tekniske barrierer for adoption på tværs af de fleste industrier blive en realitet, efterhånden som BCI’er bliver mere udbredte. For nu er her nogle få virksomheder, der er klogt placeret, efterhånden som BCI-markedet vokser.

1. Blackrock Neurotech

Blackrock Neurotech er en vigtig aktør inden for BCI‑sektoren. Firmaet har flere produkter tilgængelige for offentligheden, som udnytter BCI‑teknologi. MoveAgain BCI-systemet er en FDA‑godkendt løsning, der gør det muligt for handicappede personer at forbedre deres bevægelsesområde, kommunikation og mere ved hjælp af BCI’er.

Blackrock Neurotech specialiserer sig i invasiv BCI‑teknologi. Disse små implantater har bedre signalstyrke og nøjagtighed end ikke‑invasive teknologier, da de undgår kranial interferens. Firmaet tilbyder også handicappede personer et produkt, der gør det muligt at flytte en musemarkør med deres tanker. Alle disse funktioner har potentiale til at forbedre livet for millioner.

Blackrock Neurotechs aktiver er på vej op. Virksomheden sikrede betydelig finansiering fra USDT (TETHER) ved lanceringen og har brugt dette til at styrke sine produktudbud og forskning. Virksomhedens seneste produkt hedder Neurolace. Dette er et yderst følsomt implantat, der har over 10.000 kanaler for at give højere præcision end tidligere tilbud.

2. Trimble

TRMB Prisdiagram

Trimble ser BCI‑teknologi som en væsentlig tilføjelse til byggeprocessen. Firmaet specialiserer sig i produkter designet til at styrke arkitektur-, ingeniør- og byggebranchen. Firmaet introducerede intelligente datasystemer og har for nylig indgået partnerskab med Neurable for at introducere nye værktøjer, der forbedrer ydeevne og produktivitet.

Brugen af BCI‑wearables i denne industri vil hjælpe med at strømline skabelse og samarbejde på store projekter fremover. Det forbedrer byggeres evne til at kommunikere komplekse teorier og koncepter. Integration af AR‑ og VR‑løsninger er blot nogle af de måder, hvorpå ingeniørarbejdet ændrer sig. I fremtiden vil AI‑forstærkede ingeniører bruge BCI‑systemerne til at udtænke nye designs, som derefter vil gå til simuleringer for test, før de godkendes og realiseres.

Trimble er en amerikansk software‑ og hardwareleverandør, der har opbygget et ry for kvalitet. Producentens historik og tilbud gør det til et godt supplement til enhver portefølje. Derudover har deres arbejde med BCI‑teknologi potentialet til at omvælte branchen.

Andre bemærkelsesværdige BCI‑fremskridt

Der er mange andre BCI‑fremskridt og projekter, der er værd at nævne. Disse teknologiske gennembrud fortsætter med at drive innovation og adoption. Her er nogle af de mest bemærkelsesværdige BCI‑fremskridt, der er gjort for nylig.

Kinesisk militær

Det kinesiske militær har for nylig skabt bekymring efter at have vist en ny BCI‑grænseflade. Grænsefladen var forbundet til en abe, som brugte enheden til succesfuldt at styre en mekanisk arm i realtid. Bemærkelsesværdigt er den kinesiske regering en stor fortaler for BCI‑teknologi. Tidligere har de præsenteret teknologien som en fremragende måde at forbedre hukommelse, søvn, opmærksomhed og andre hjernefunktioner på. Nu vil denne teknologi hjælpe med at holde deres krigere i topform.

Amerikansk militær

For ikke at blive overgået har det amerikanske militær deltaget i egne BCI‑eksperimenter. En undersøgelse havde soldater, der styrede robotdogger med deres sind. Forskerne havde en soldat, der styrede en mekanisk hund gennem forskellige waypoint på et kort. Soldaten brugte Microsoft (MSFT ) HoloLens-platformen.

Dette er på ingen måde det amerikanske militærs første forsøg med de muligheder, som BCI’er tilbyder. I 2015 gjorde forskerne en handicappet kvinde i stand til at styre en simuleret F‑35 ved hjælp af hjernesignaler. Følgelig kan krig i fremtiden blive mere mental, end man kan forestille sig.

Fremtiden for hjerne-computer-grænseflader

Efterhånden som forskere udvikler mere følsomme og effektive enheder til måling af hjernebølger og wearables, vil BCI’ernes muligheder forbedres. I fremtiden vil signalbehandling blive forbedret sammen med avancerede AI‑modeller, der nemt kan kode kompleks hjerneaktivitet. Som følge heraf vil dagen, hvor du blot kan tænke på en pizza og få den leveret af en drone, snart blive en realitet.

Hjerne-computer-grænseflader kan ændre verden

Når du ser på det uendelige potentiale, som BCI’er har, er det let at forestille sig en fremtid, hvor alle synes at besidde næsten overmenneskelige evner. Forestil dig at bruge dit sind til at kommunikere, bygge og dele idéer. Alle disse opgaver og meget mere er kun et skridt væk takket være de fortsatte bestræbelser fra geniale ingeniører som dem fra Carnegie Mellon.

Du kan lære mere om spændende blockchain‑projekter her.