Gehirn‑Computer‑Schnittstellen (BCIs) entwickeln sich weiter und geben Hoffnung für Menschen mit neurologischen Erkrankungen

Die Nachfrage nach Gehirn‑Computer‑Schnittstellen (BCIs) steigt weiter. BCIs mögen wie Science‑Fiction wirken, doch die Forschung und Entwicklung, die in die heutigen Systeme investiert wurde, macht sie zu erstaunlichen Leistungen fähig. Diese Geräte ermöglichen es Menschen, mit elektronischen Geräten allein durch Gedanken zu kommunizieren. Besonders ein Forscherteam der Carnegie Mellon Universität ist der Ansicht, dass sie einen Weg gefunden haben, die Qualität von BCIs zu verbessern. Hier ist, was Sie wissen müssen.

Die Studie, die in Nature Communications veröffentlicht wurde, stellt eine neue Methode zur Verbesserung der Leistung nicht‑invasiver BCIs vor. Die Methode nutzt Ultraschall, um die Datenübertragung zwischen Wearables und dem Gehirn zu verbessern. Dadurch haben ihre Ergebnisse die gesamte Gemeinschaft begeistert.

Gehirn‑Computer‑Schnittstellen (BCIs)

Gehirn‑Computer‑Schnittstellen sind die natürliche Weiterentwicklung der Interaktion zwischen Mensch und Maschine. Viele Menschen sind überrascht zu erfahren, dass die erste Tastatur kaum durchdacht war. Die Computergestalter konzentrierten sich eher auf andere Aufgaben, anstatt einen neuen Weg zu schaffen, Text in eine Maschine einzugeben. Heute ist die Interaktion mit Maschinen zu einem zentralen Fokus für Entwickler geworden, die diese Momente nahtlos gestalten wollen.

BCI‑Geräte können diese Aufgabe erfüllen. Sie messen elektromagnetische Impulse im Gehirn und übersetzen diese Impulse in Aktionen. Die besten Systeme überwachen neuronale Schaltkreise mittels nicht‑invasiver Verfahren wie Wearables. Der Vorteil dieser Technologie ist, dass sie kostengünstig herzustellen, einfach zu bedienen ist und jeder ihre Funktionen nutzen kann.

Markt für Gehirn‑Computer‑Schnittstellen steht vor einem Aufschwung

Laut dem neuesten Skyquest‑Bericht wird der BCI‑Markt einen Umsatzanstieg verzeichnen. Die Daten zeigten, dass der Markt bis 2030 auf 6,18 Milliarden $ wachsen wird. Dieses Wachstum entspricht einer durchschnittlichen Jahresrate (CAGR) von 17,16 % für die kommenden Jahre. Das Wachstum stammt aus vielen Sektoren, darunter ein verstärkter Einsatz im medizinischen, Gaming‑ und Unterhaltungsbereich.

Die gleiche Studie zeigte, wie KI und maschinelles Lernen diese Technologie auf ein neues Niveau heben. Diese Algorithmen ermöglichen es Systemen, mehr zu lernen und die Genauigkeit zu verbessern. Das Beste ist, je mehr Daten empfangen werden, desto besser die Leistung. Folglich steht der BCI‑Markt vor einem signifikanten Wachstum.

Probleme mit Gehirn‑Computer‑Schnittstellen

Das BCI‑Konzept klingt auf dem Papier großartig, doch das Entschlüsseln von Gehirnwellen ist weitaus schwieriger, als man sich vorstellen kann. Besonders wenn man bedenkt, dass der Großteil der Arbeit nicht‑invasiv durchgeführt werden muss. Die Öffentlichkeit würde nicht damit einverstanden sein, dass zahlreiche Patienten mit fehlerhaften Gehirn‑Chip‑Implantaten verletzt werden.

Nicht‑invasive BCIs sind die beste Option. Sie lassen sich leicht integrieren und stehen sogar schwerbehinderten Personen universell zur Verfügung. Heute messen nicht‑invasive BCIs die Gehirnwellaktivität außerhalb des Schädels. Diese zusätzliche Störschicht reduziert die Genauigkeit dieser Geräte erheblich, was zu höheren Fehlerraten im Vergleich zu invasiven Optionen führt.

Studie

Die Studie „Transkranial fokussierter Ultraschall zu V5 verbessert die menschliche visuelle Bewegungs‑BCI durch Modulation von merkmalsbasierter Aufmerksamkeit“ zeigt, dass ultraschallgesteuerte Neuromodulation die Kommunikationsfähigkeiten des Gehirns mit nicht‑invasiven BCIs verbessern kann. Die Forscher wollten testen, ob transkranial fokussierter Ultraschall (tFUS) in Kombination mit hochdichter Elektroenzephalographie (EEG)‑Quellabbildung (ESI) die Leistung steigern und bidirektionale Kommunikation ermöglichen kann.

Forscher

Der Bericht wurde von Forschern der Carnegie Mellon Universität unter der Leitung von Bin He veröffentlicht. Sein Team hat jahrelang an der Erforschung, Entwicklung und Verbesserung der BCI‑Technologie gearbeitet. Insbesondere spezialisieren sich die Forscher auf nicht‑invasive BCIs, was sie zur idealen Gruppe für diese Studie macht.

Bemerkenswerterweise erhielt die Studie erhebliche Unterstützung von der NIH‑Initiative The BRAIN und der Helping to End Addiction Long‑term Initiative (NIH HEAL Initiative). Diese Gruppen stellten materielle und finanzielle Unterstützung bereit, um sicherzustellen, dass die Forscher Zugang zu allen erforderlichen Werkzeugen hatten. Die Daten werden nun zur Förderung einer Vielzahl dringend benötigter wissenschaftlicher Studien verwendet.

Test

In der Testphase der Studie wurden 25 Probanden mit einer eigens entwickelten EEG‑Kappe ausgestattet. Die Kappe wurde entwickelt, um Gehirnwellen zu erfassen und zu registrieren, die anschließend an einen KI‑Algorithmus zur Verarbeitung gesendet werden. Das System nutzt Deep‑Learning‑Algorithmen, um die Wellen zu dekodieren und die Leistung zu verbessern, während es seine Erfahrungen erweitert.

Die Teilnehmer hatten zwei Hauptaufgaben. Die erste Aufgabe bestand darin, einen Roboterarm zu steuern. Alle Probanden konnten die mechanische Hand erfolgreich nur mit ihren Gedanken manipulieren. Im nächsten Test nutzten die Teilnehmer einen BCI‑Schreiber. Schreiber werden häufig von behinderten Personen verwendet, um die Kommunikation zu verbessern.

Ergebnisse

Die Ergebnisse der Studie waren aufschlussreich. Die Teilnehmer konnten den Roboterarm mühelos manipulieren. Der KI‑Algorithmus übersetzte und dekodierte die Gehirnaktivität in Echtzeit in relevante Aufgaben. Das Gerät sendete anschließend ein Rücksignal, das dem Nutzer anzeigte, dass die Aufgabe abgeschlossen war. Diese bidirektionale Kommunikation war ein Novum für diese Technologie und markierte einen bedeutenden Meilenstein in der Entwicklung.

Die Daten zeigten, dass tFUS die Leistung von EEG‑Wearables signifikant verbesserte. Die Geräte konnten die Gehirnaktivität besser erfassen, was auch den Fehler bei einer BCI‑Schreiber‑Aufgabe reduzierte. Die hochfrequenten Wellen erhöhten die Theta‑ und Alpha‑Aktivität, die dorsale visuelle Verarbeitung und steigerten die Theta‑Neuronenschwingungen. Letztere Signale verbesserten die Konzentration.

Quelle – Carnegie Mellon

Ergebnisse des BCI‑Schreibtests

Die Ergebnisse des BCI‑Schreiber‑Tests zeigten, dass die Teilnehmer das gewünschte Wort konsequent korrekt buchstabieren konnten, wenn ein fokussierter Ultraschallstrahl extern auf den visuellen Kortex des Gehirns gerichtet wurde. Wissenschaftler untersuchten ihre Ergebnisse und stellten fest, dass die Neuromodulation das neuronale Engagement steigerte, was zu höherer Genauigkeit führte. Die Teilnehmer konnten im Rahmen des Tests komplexe Wörter, einschließlich Carnegie Mellon, buchstabieren. Folglich könnte dieser Durchbruch das Leben von Millionen von behinderten Menschen weltweit verbessern.

Vorteile

Diese Forschung könnte in den kommenden Monaten erhebliche Vorteile bringen. Erstens unterstützt ihre Studie weitere Investitionen und Forschung im Bereich der BCI‑Technologie. Die Tastatur hat sich seit der Einführung des Personal Computers kaum verändert. BCI würde ein enormes Upgrade darstellen und die Tür zu einer neuen Ära der Technologie öffnen.

Die Forscher haben gezeigt, wie fokussierte Ultraschall‑Neuromodulation des Gehirns dessen Fähigkeit verbessert, mit externen EEG‑Sensoren zu kommunizieren. Jetzt wird das Team versuchen, kleinere Versionen ihrer Technologie zu entwickeln, die überall von jedem genutzt werden können. Zusätzlich wird das KI‑Modell wachsen, sobald mehr Daten eingeführt werden.

Anwendungsfall

Es gibt zahlreiche Anwendungsfälle für BCI‑Computergeräte. Stellen Sie sich vor, Ihr Smartphone allein mit Ihrem Geist zu steuern. Für den durchschnittlichen Menschen erscheint diese Aufgabe wie Zauberei, doch die Wissenschaft ist nicht mehr weit entfernt. Wo diese Technologie einen Unterschied macht, ist, wenn man in ihre wichtigsten Anwendungsfälle eintaucht:

Gesundheitswesen

Millionen von Menschen weltweit sind behindert und können nicht kommunizieren oder komplexe Aufgaben bewältigen. Die Integration von BCIs mit KI könnte das Leben dieser Personen erheblich vereinfachen. Diese Technologie wird sich mit automatisierten Reisediensten verbinden, um dem durchschnittlichen Menschen das Fortbewegen und die Durchführung von Aufgaben unabhängig von seinem physischen Zustand zu ermöglichen. Für diejenigen, die an neurologischen Erkrankungen leiden, ist diese Lösung vollkommen sinnvoll.

Industrie

Es gibt unzählige Möglichkeiten, wie BCIs industrielle Prozesse optimieren können. Diese Protokolle unterstützen Ingenieure und andere Fachkräfte dabei, wertvolle Daten in Echtzeit zu erfassen und zu teilen. Diese Informationen werden mit leistungsstarken KI‑Algorithmen kombiniert, um Effizienz zu steigern und Ergebnisse überall dort zu verbessern, wo es möglich ist.

Unternehmen, die von dieser Forschung profitieren könnten

Die fortgesetzte Forschung an BCIs wird die Einführung neuer Technologien in der Zukunft vorantreiben. Insbesondere wird die Beseitigung technischer Barrieren für die Adoption in den meisten Branchen Realität, sobald BCIs weiter verbreitet werden. Für den Moment … Hier sind einige Unternehmen, die sich klug positioniert haben, während der BCI‑Markt expandiert.

1. Blackrock Neurotech

Blackrock Neurotech ist ein bedeutender Akteur im BCI‑Sektor. Das Unternehmen bietet mehrere Produkte für die Öffentlichkeit an, die BCI‑Technologie nutzen. Das MoveAgain‑BCI‑System ist eine von der FDA zugelassene Lösung, die behinderten Personen ermöglicht, ihre Bewegungsreichweite, Kommunikation und mehr mithilfe von BCIs zu verbessern.

Blackrock Neurotech spezialisiert sich auf invasive BCI‑Technologie. Diese kleinen Implantate besitzen eine stärkere Signalstärke und höhere Genauigkeit als nicht‑invasive Techniken, da sie die kraniale Interferenz vermeiden. Das Unternehmen bietet zudem behinderten Personen ein Produkt, das es ihnen ermöglicht, den Mauszeiger mit ihren Gedanken zu steuern. All diese Funktionen haben das Potenzial, das Leben von Millionen zu verbessern.

Die Vermögenswerte von Blackrock Neurotech wachsen. Das Unternehmen erhielt bei seiner Gründung eine umfangreiche Finanzierung von USDT (TETHER) und hat diese genutzt, um sein Produktportfolio und die Forschung zu stärken. Das neueste Produkt des Unternehmens heißt Neurolace. Es handelt sich um ein hochsensibles Implantat mit über 10 000 Kanälen, das eine höhere Präzision als frühere Angebote bietet.

2. Trimble

TRMB Preisdiagramm

Trimble betrachtet BCI‑Technologie als wesentliche Ergänzung zum Bauprozess. Das Unternehmen spezialisiert sich auf Produkte, die die Architektur-, Ingenieur‑ und Bauindustrie voranbringen. Das Unternehmen hat intelligente Datenlösungen eingeführt und kürzlich eine Partnerschaft mit Neurable geschlossen, um neue Werkzeuge zu entwickeln, die Leistung und Produktivität steigern.

Der Einsatz von BCI‑Wearables in dieser Branche wird künftig die Erstellung und Zusammenarbeit bei Großprojekten vereinfachen. Er verbessert die Fähigkeit von Bauherren, komplexe Theorien und Konzepte zu kommunizieren. Die Integration von AR‑ und VR‑Lösungen ist nur eine von vielen Veränderungen im Ingenieurwesen. In Zukunft werden KI‑unterstützte Ingenieure BCI‑Systeme nutzen, um neue Designs zu entwickeln, die anschließend in Simulationen getestet werden, bevor sie genehmigt und umgesetzt werden.

Trimble ist ein US‑basierter Anbieter von Software und Hardware, der sich einen Ruf für Qualität aufgebaut hat. Das Produktportfolio und die Angebote des Herstellers machen es zu einer wertvollen Ergänzung jedes Portfolios. Darüber hinaus hat ihre Arbeit mit BCI‑Technologie das Potenzial, die Branche zu revolutionieren.

Weitere bemerkenswerte BCI‑Fortschritte

Es gibt zahlreiche weitere BCI‑Fortschritte und Projekte, die erwähnenswert sind. Diese technologischen Durchbrüche treiben weiterhin Innovation und Adoption voran. Hier sind einige der jüngsten, besonders bemerkenswerten BCI‑Fortschritte.

Chinesisches Militär

Das chinesische Militär hat nach der Vorführung einer neuen BCI‑Schnittstelle viele besorgt zurückgelassen. Die Schnittstelle war mit einem Affen verbunden, der das Gerät nutzte, um in Echtzeit erfolgreich einen mechanischen Arm zu steuern. Bemerkenswerterweise ist die chinesische Regierung ein großer Befürworter der BCI‑Technologie. In der Vergangenheit wurde sie als hervorragendes Mittel zur Verbesserung von Gedächtnis, Schlaf, Aufmerksamkeit und anderen Gehirnfunktionen propagiert. Jetzt wird diese Technologie dazu beitragen, ihre Soldaten einsatzbereit zu halten.

Amerikanisches Militär

Um nicht zurückzubleiben, hat das US‑Militär eigene BCI‑Experimente durchgeführt. In einer Studie konnten Soldaten Roboterhunde mit ihren Gedanken steuern. Die Forscher ließen einen Soldaten einen mechanischen Hund über verschiedene Wegpunkte auf einer Karte führen. Der Soldat nutzte dabei die Microsoft (MSFT ) HoloLens‑Plattform.

Dies ist keineswegs das erste Vorhaben des US‑Militärs, die Möglichkeiten von BCIs zu nutzen. 2015 ermöglichte die Forschung einer behinderten Frau, ein simuliertes F‑35‑Flugzeug mit Gehirnsignalen zu steuern. Folglich könnte die zukünftige Kriegsführung stärker mental sein, als man sich bisher vorgestellt hat.

Zukunft der Gehirn‑Computer‑Schnittstellen

Wenn Forscher empfindlichere und effektivere Geräte zur Messung von Gehirnwellen sowie Wearables entwickeln, werden die Fähigkeiten von BCIs zunehmen. In Zukunft wird die Signalverarbeitung zusammen mit fortschrittlichen KI‑Modellen verbessert, die komplexe Gehirnaktivitäten leicht codieren können. So wird es eines Tages möglich sein, einfach an eine Pizza zu denken, und bevor man es merkt, hat eine Drohne ein heißes Stück Pizza an der Haustür abgeliefert.

Gehirn‑Computer‑Schnittstellen könnten die Welt verändern

Betrachtet man das unendliche Potenzial von BCIs, ist es leicht, sich eine Zukunft vorzustellen, in der jeder nahezu übermenschliche Fähigkeiten besitzt. Stellen Sie sich vor, mit dem Geist zu kommunizieren, zu bauen und Ideen zu teilen. All diese Aufgaben und vieles mehr liegen bereits in greifbarer Nähe, dank der fortwährenden Bemühungen genialer Ingenieure wie denen von Carnegie Mellon

Sie können mehr über spannende Blockchain‑Projekte hier erfahren.