Διεπαφές Εγκεφάλου-Υπολογιστή (BCIs) Προχωρούν, Δίνοντας Ελπίδα σε Άτομα με Νευρολογικές Παθήσεις

Η ζήτηση για διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή (BCIs) συνεχίζει να αυξάνεται. Οι BCI μπορεί να φαίνονται επιστημονική φαντασία, αλλά η έρευνα και η ανάπτυξη που έχουν επενδυθεί στα σημερινά συστήματα τις καθιστούν ικανές για εντυπωσιακά πράγματα. Αυτές οι συσκευές επιτρέπουν στους ανθρώπους να επικοινωνούν με ηλεκτρονικές συσκευές μόνο με τη σκέψη. Ιδιαίτερα, μια ομάδα ερευνητών από το Carnegie Mellon πιστεύει ότι έχουν ανακαλύψει έναν τρόπο βελτίωσης της ποιότητας των BCI. Ακολουθεί τι πρέπει να γνωρίζετε.

Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο Nature Communications, παρουσιάζει μια νέα μέθοδο βελτίωσης της απόδοσης των μη επεμβατικών BCI. Η μέθοδος αξιοποιεί υπερήχους για τη βελτίωση της μετάδοσης δεδομένων μεταξύ φορετών συσκευών και του νου. Ως εκ τούτου, τα αποτελέσματά τους ενθουσίασαν ολόκληρη την κοινότητα.

Διεπαφές Εγκεφάλου-Υπολογιστή (BCIs)

Οι διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή είναι η φυσική εξέλιξη της αλληλεπίδρασης ανθρώπου και μηχανής. Πολλοί άνθρωποι εκπλήσσονται όταν μαθαίνουν ότι το πρώτο πληκτρολόγιο δεν σχεδιάστηκε με πολύ σκέψη. Οι σχεδιαστές υπολογιστών εστίαζαν περισσότερο σε άλλες εργασίες παρά στη δημιουργία ενός νέου τρόπου εισαγωγής κειμένου σε μια μηχανή. Τώρα, η αλληλεπίδραση με τις μηχανές έχει γίνει κεντρική εστίαση για τους προγραμματιστές που επιδιώκουν να κάνουν αυτές τις στιγμές αδιάκοπες.

Οι συσκευές BCI μπορούν να εκτελέσουν αυτό το έργο. Αυτές οι συσκευές μετρούν ηλεκτρομαγνητικούς παλμούς στον εγκέφαλό σας και μετατρέπουν αυτούς τους παλμούς σε ενέργειες. Τα καλύτερα συστήματα παρακολουθούν νευρικά κυκλώματα χρησιμοποιώντας μη επεμβατικές διαδικασίες όπως φορετές συσκευές. Το πλεονέκτημα αυτής της τεχνολογίας είναι ότι είναι φθηνή στην παραγωγή, εύκολη στη χρήση και ο καθένας μπορεί να αξιοποιήσει τις δυνατότητές της.

Η Αγορά Διεπαφών Εγκεφάλου-Υπολογιστή Αναμένεται να Ανεβεί

Σύμφωνα με την πιο πρόσφατη αναφορά του Skyquest, η αγορά BCI αναμένεται να δει αύξηση εσόδων. Τα δεδομένα έδειξαν ότι η αγορά θα επεκταθεί σε 6,18 δισεκατομμύρια δολάρια μέχρι το 2030. Αυτή η ανάπτυξη αντιπροσωπεύει CAGR 17,16% για τα επόμενα χρόνια. Η ανάπτυξη αυτή προέρχεται από πολλούς τομείς, συμπεριλαμβανομένης της αυξημένης χρήσης στον ιατρικό, το gaming και τη βιομηχανία ψυχαγωγίας.

Η ίδια μελέτη αποκάλυψε πώς η τεχνητή νοημοσύνη και η μηχανική μάθηση ενισχύουν αυτήν την τεχνολογία σε νέα ύψη. Αυτοί οι αλγόριθμοι έχουν επιτρέψει στα συστήματα να μαθαίνουν να κάνουν περισσότερα και να βελτιώνουν την ακρίβεια. Το καλύτερο είναι ότι όσο περισσότερα δεδομένα λαμβάνονται, τόσο καλύτερη είναι η απόδοση. Συνεπώς, η αγορά BCI προετοιμάζεται για σοβαρή ανάπτυξη.

Προβλήματα με τις Διεπαφές Εγκεφάλου-Υπολογιστή

Η έννοια των BCI ακούγεται εξαιρετική στην θεωρία, αλλά η αποκρυπτογράφηση των εγκεφαλικών κυμάτων είναι πολύ πιο δύσκολη από ό,τι θα φανταζόταν κανείς. Ιδιαίτερα όταν λαμβάνετε υπόψη ότι η πλειονότητα της εργασίας του πρέπει να διεξαχθεί με μη επεμβατικό τρόπο. Το κοινό δεν θα ήταν εντάξει με εκατοντάδες τραυματισμένους ασθενείς με εμφυτεύματα εγκεφαλικών τσιπ που πήγαν στραβά.

Οι μη επεμβατικές BCI είναι η καλύτερη επιλογή. Είναι εύκολες στην ενσωμάτωση και καθολικά διαθέσιμες για χρήση ακόμη και από σοβαρά αναπηρικά άτομα. Σήμερα, οι μη επεμβατικές BCI μετρούν τη δραστηριότητα των εγκεφαλικών κυμάτων εκτός του κρανίου. Αυτό το πρόσθετο επίπεδο παρεμβολής μειώνει σημαντικά την ακρίβεια αυτών των συσκευών, οδηγώντας σε υψηλότερα ποσοστά σφάλματος σε σύγκριση με τις επεμβατικές επιλογές.

Μελέτη

Η μελέτη, «Transcranial focused ultrasound to V5 enhances human visual motion brain-computer interface by modulating feature-based attention», αποκαλύπτει ότι η νευρο-μοντελοποίηση με υπερήχους στοχευμένη μπορεί να βελτιώσει τις δυνατότητες επικοινωνίας του εγκεφάλου με μη επεμβατικές BCI. Οι ερευνητές ήθελαν να δοκιμάσουν αν η κεντρική υπερηχητική εστίαση (tFUS) σε συνδυασμό με υψηλής πυκνότητας ηλεκτροεγκεφαλογράφημα (EEG) και απεικόνιση πηγής (ESI) θα μπορούσαν να βελτιώσουν την απόδοση και να προσφέρουν τη δυνατότητα διπλής κατεύθυνσης επικοινωνίας.

Ερευνητές

Η αναφορά παρουσιάστηκε από ερευνητές του Carnegie Mellon υπό την ηγεσία του Bin He. Η ομάδα του έχει περάσει χρόνια ερευνώντας, αναπτύσσοντας και βελτιώνοντας την τεχνολογία BCI. Συγκεκριμένα, οι ερευνητές ειδικεύονται σε μη επεμβατικές BCI, καθιστώντας τους την ιδανική ομάδα για τη διεξαγωγή αυτής της μελέτης.

Ιδιαίτερα, η μελέτη έλαβε σημαντική υποστήριξη από το NIH’s The BRAIN Initiative και το Helping to End Addiction Long-term Initiative (NIH HEAL Initiative). Αυτές οι ομάδες παρείχαν υλική και οικονομική στήριξη για να διασφαλίσουν ότι οι ερευνητές είχαν πρόσβαση σε όλα τα απαιτούμενα εργαλεία. Τα δεδομένα θα προωθήσουν πλέον μια ποικιλία πολύ απαραίτητων επιστημονικών μελετών.

Δοκιμή

Η φάση δοκιμών της μελέτης εισήγαγε 25 συμμετέχοντες που εξοπλίστηκαν με προσαρμοσμένο καπέλο EEG. Το καπέλο σχεδιάστηκε για να καταγράφει και να καταγράφει τα εγκεφαλικά κύματα, τα οποία στη συνέχεια αποστέλλονται σε αλγόριθμο AI για επεξεργασία. Το σύστημα χρησιμοποιεί αλγόριθμους βαθιάς μάθησης για την αποκωδικοποίηση των κυμάτων και τη βελτίωση της απόδοσης καθώς επεκτείνει τις εμπειρίες του.

Οι συμμετέχοντες είχαν δύο κύριες εργασίες. Η πρώτη εργασία ήταν ο έλεγχος ενός ρομποτικού βραχίονα. Όλοι οι συμμετέχοντες μπόρεσαν να χειριστούν επιτυχώς το μηχανικό χέρι χρησιμοποιώντας μόνο το μυαλό τους. Η επόμενη δοκιμή είχε τους συμμετέχοντες να χρησιμοποιούν έναν BCI πληκτρολόγιο. Τα πληκτρολόγια χρησιμοποιούνται συνήθως από άτομα με αναπηρίες για τη βελτίωση της επικοινωνίας.

Αποτελέσματα

Τα αποτελέσματα της μελέτης ήταν εντυπωσιαστικά. Οι συμμετέχοντες μπόρεσαν να χειριστούν τον ρομποτικό βραχίονα με ευκολία. Ο αλγόριθμος AI μετέφρασε και αποκωδικοποίησε επιτυχώς τη δραστηριότητα του εγκεφάλου σε σχετικές εργασίες σε πραγματικό χρόνο. Η συσκευή κωδικοποίησε στη συνέχεια ένα σήμα επιστροφής, ενημερώνοντας το άτομο ότι η εργασία ολοκληρώθηκε. Αυτή η διπλής κατεύθυνσης επικοινωνία ήταν η πρώτη για αυτήν την τεχνολογία, σηματοδοτώντας ένα σημαντικό ορόσημο στην ανάπτυξη.

Τα δεδομένα τόνισαν ότι το tFUS βελτίωσε σημαντικά την απόδοση των φορετών EEG. Οι συσκευές μπόρεσαν να καταγράψουν καλύτερα τη δραστηριότητα του εγκεφάλου, μειώνοντας το σφάλμα σε μια εργασία BCI πληκτρολόγου επίσης. Τα υψηλής συχνότητας κύματα βοήθησαν στην αύξηση των δραστηριοτήτων θήτα και άλφα, της οπίσθιας οπτικής επεξεργασίας, και της αυξημένης νευρωνικής ταλάντωσης θήτα. Τα μεταγενέστερα σήματα βελτίωσαν τη συγκέντρωση.

Πηγή – Carnegie Mellon

Τα Αποτελέσματα της Δοκιμής BCI Πληκτρολόγου

Τα αποτελέσματα της δοκιμής BCI πληκτρολόγου έδειξαν ότι οι συμμετέχοντες μπόρεσαν να γράψουν με επιτυχία τη ζητούμενη λέξη με συνέπεια όταν εφαρμόστηκε εξωτερικά μια εστιασμένη δέσμη υπερήχων στον οπτικό φλοιό του εγκεφάλου. Οι επιστήμονες μελέτησαν τα αποτελέσματά τους και ανακάλυψαν ότι η νευρο-μοντελοποίηση ενίσχυσε τη νευρωνική εμπλοκή, οδηγώντας σε υψηλότερη ακρίβεια. Οι συμμετέχοντες μπορούν να γράψουν σύνθετες λέξεις, συμπεριλαμβανομένου του Carnegie Mellon, ως μέρος της δοκιμής. Συνεπώς, αυτή η πρόοδος θα μπορούσε να βελτιώσει τη ζωή εκατομμυρίων ατόμων με αναπηρίες παγκοσμίως.

Οφέλη

Αυτή η έρευνα θα μπορούσε να αποφέρει σοβαρά οφέλη τους επόμενους μήνες. Κατ’ αρχάς, η μελέτη τους βοηθά στην περαιτέρω επένδυση και έρευνα στην τεχνολογία BCI. Το πληκτρολόγιο παραμένει το ίδιο από τότε που εισήχθη ο προσωπικός υπολογιστής. Το BIC θα αντιπροσώπευε μια τεράστια αναβάθμιση που θα ανοίξει την πόρτα για μια νέα εποχή τεχνολογίας.

Οι ερευνητές έχουν δείξει πώς η εστιασμένη νευρο-μοντελοποίηση με υπερήχους στον εγκέφαλο βελτιώνει την ικανότητά του να επικοινωνεί με εξωτερικούς αισθητήρες EEG. Τώρα, η ομάδα θα προσπαθήσει να δημιουργήσει πιο μικροσκοπικές εκδόσεις της τεχνολογίας τους που μπορούν να χρησιμοποιηθούν οπουδήποτε από οποιονδήποτε. Επιπλέον, το μοντέλο AI θα επεκταθεί καθώς εισάγονται περισσότερα δεδομένα.

Περίπτωση Χρήσης

Υπάρχουν πολλές περιπτώσεις χρήσης για τις συσκευές BCI. Φανταστείτε να ελέγχετε το smartphone σας μόνο με το μυαλό σας. Για τον μέσο άνθρωπο, αυτή η εργασία φαίνεται σαν μαγεία, αλλά η επιστήμη δεν είναι πολύ μακριά. Όπου αυτή η τεχνολογία κάνει τη διαφορά είναι όταν εμβαθύνετε στις κύριες περιπτώσεις χρήσης της:

Υγειονομική Περίθαλψη

Εκατομμύρια άνθρωποι παγκοσμίως είναι αναπήροι και αδυνατούν να επικοινωνήσουν ή να αντιμετωπίσουν σύνθετες εργασίες. Η ενσωμάτωση των BCI με AI θα μπορούσε να κάνει τη ζωή πολύ πιο απλή για αυτά τα άτομα. Αυτή η τεχνολογία θα συνδυαστεί με αυτοματοποιημένες υπηρεσίες ταξιδιού για να επιτρέψει στον μέσο άνθρωπο να μετακινείται και να εκτελεί εργασίες ανεξάρτητα από τη φυσική του κατάσταση. Για όσους υποφέρουν από νευρολογικές παθήσεις, αυτή η λύση έχει πλήρη λογική.

Βιομηχανία

Υπάρχουν ατελείωτοι τρόποι με τους οποίους οι BCI θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην απλοποίηση των βιομηχανικών διαδικασιών. Αυτά τα πρωτόκολλα θα βοηθήσουν μηχανικούς και άλλους εξειδικευμένους εργαζόμενους να έχουν πρόσβαση και να μοιράζονται πολύτιμα δεδομένα σε πραγματικό χρόνο. Αυτές οι πληροφορίες θα συνδυαστούν με ισχυρούς αλγόριθμους AI για να ενισχύσουν την αποδοτικότητα και να βελτιώσουν τα αποτελέσματα όπου είναι δυνατόν.

Εταιρείες που Θα Μπορούσαν να Ωφεληθούν από αυτήν την Έρευνα

Η συνεχής έρευνα στις BCI θα βοηθήσει στην προώθηση της υιοθέτησης νέων τεχνολογιών στο μέλλον. Συγκεκριμένα, η εξάλειψη των τεχνικών εμποδίων στην υιοθέτηση σε πολλές βιομηχανίες θα γίνει πραγματικότητα καθώς οι BCI γίνονται πιο διαδεδομένες. Προς το παρόν, εδώ είναι μερικές εταιρείες που είναι σοφά τοποθετημένες καθώς η αγορά BCI επεκτείνεται.

1. Blackrock Neurotech

Η Blackrock Neurotech είναι ένας σημαντικός ανταγωνιστής στον τομέα των BCI. Η εταιρεία διαθέτει πολλαπλά προϊόντα στο κοινό που αξιοποιούν την τεχνολογία BCI. Το σύστημα MoveAgain BCI είναι μια λύση εγκεκριμένη από το FDA που επιτρέπει σε άτομα με αναπηρίες να βελτιώσουν το εύρος κίνησής τους, την επικοινωνία και άλλα χρησιμοποιώντας BCI.

Η Blackrock Neurotech ειδικεύεται σε επεμβατική τεχνολογία BCI. Αυτά τα μικρά εμφυτεύματα έχουν καλύτερη ισχύ σήματος και ακρίβεια από τις μη επεμβατικές τεχνολογίες, καθώς αποφεύγουν την κρανιακή παρεμβολή. Η εταιρεία προσφέρει επίσης σε άτομα με αναπηρίες ένα προϊόν που τους επιτρέπει να μετακινούν τον κέρσορα του ποντικιού με τις σκέψεις τους. Όλα αυτά τα χαρακτηριστικά έχουν τη δυνατότητα να βελτιώσουν τη ζωή εκατομμυρίων.

Τα περιουσιακά στοιχεία της Blackrock Neurotech αυξάνονται. Η εταιρεία εξασφάλισε σημαντική χρηματοδότηση από το USDT (TETHER) κατά την έναρξη και το χρησιμοποίησε για να ενισχύσει τις προσφορές προϊόντων και την έρευνά της. Το πιο πρόσφατο προϊόν της εταιρείας ονομάζεται Neurolace. Πρόκειται για ένα εξαιρετικά ευαίσθητο εμφύτευμα που διαθέτει πάνω από 10.000 κανάλια για να παρέχει μεγαλύτερη ακρίβεια από τις προηγούμενες προσφορές.

2. Trimble

TRMB Διάγραμμα τιμής

Η Trimble θεωρεί την τεχνολογία BCI ως ουσιώδη προσθήκη στη διαδικασία κατασκευής. Η εταιρεία ειδικεύεται σε προϊόντα σχεδιασμένα να ενισχύουν τις βιομηχανίες αρχιτεκτονικής, μηχανικής και κατασκευής. Η εταιρεία εισήγαγε έξυπνες λύσεις δεδομένων και πρόσφατα συνεργάστηκε με τη Neurable, επιδιώκοντας να παρουσιάσει νέα εργαλεία που βελτιώνουν την απόδοση και την παραγωγικότητα.

Η χρήση φορετών BCI σε αυτή τη βιομηχανία θα βοηθήσει στην απλοποίηση της δημιουργίας και της συνεργασίας σε μεγάλα έργα στο μέλλον. Βελτιώνοντας την ικανότητα των κατασκευαστών να επικοινωνούν σύνθετες θεωρίες και έννοιες. Η ενσωμάτωση λύσεων AR και VR είναι ένας από τους λίγους τρόπους με τους οποίους η μηχανική αλλάζει. Στο μέλλον, οι μηχανικοί με ενισχυμένη AI θα χρησιμοποιούν τα συστήματα BCI για να σχεδιάζουν νέες κατασκευές που θα περνούν σε προσομοιώσεις για δοκιμές πριν εγκριθούν και δημιουργηθούν.

Η Trimble είναι ένας αμερικανικός πάροχος λογισμικού και υλικού που έχει χτίσει φήμη για την ποιότητα. Το ιστορικό και οι προσφορές του κατασκευαστή την καθιστούν καλή προσθήκη σε οποιοδήποτε χαρτοφυλάκιο. Επιπλέον, η δουλειά τους με την τεχνολογία BCI έχει τη δυνατότητα να ανατρέψει τη βιομηχανία.

Άλλες Σημαντικές Προόδους στις BCI

Υπάρχουν πολλές άλλες προόδους και έργα BCI που αξίζει να αναφερθούν. Αυτές οι τεχνολογικές επαναστάσεις συνεχίζουν να προωθούν την καινοτομία και την υιοθέτηση. Εδώ είναι μερικές από τις πιο αξιοσημείωτες πρόσφατες προόδους στις BCI.

Κινεζικός Στρατός

Ο κινεζικός στρατός άφησε πολλούς ανήσυχους μετά την παρουσίαση μιας νέας διεπαφής BCI. Η διεπαφή ήταν συνδεδεμένη με ένα μαϊμού που χρησιμοποιούσε τη συσκευή για να ελέγξει επιτυχώς έναν μηχανικό βραχίονα σε πραγματικό χρόνο. Ιδιαίτερα, η κινεζική κυβέρνηση είναι μεγάλος υποστηρικτής της τεχνολογίας BCI. Στο παρελθόν, την προωθούσαν ως εξαιρετικό μέσο βελτίωσης της μνήμης, του ύπνου, της προσοχής και άλλων λειτουργιών του εγκεφάλου. Τώρα, αυτή η τεχνολογία θα βοηθήσει να διατηρούν τους πολεμιστές τους σε άριστη κατάσταση.

Αμερικανικός Στρατός

Χωρίς να μείνει πίσω, ο αμερικανικός στρατός έχει εμπλακεί σε δικές του πειράματα BCI. Μία μελέτη είχε στρατιώτες να ελέγχουν ρομποτικά σκυλιά με το μυαλό τους. Οι ερευνητές είχαν έναν στρατιώτη να κατευθύνει ένα μηχανικό σκυλί μέσω διαφόρων σημείων σε έναν χάρτη. Ο στρατιώτης χρησιμοποιούσε την πλατφόρμα Microsoft (MSFT ) HoloLens.

Αυτή δεν είναι καθόλου η πρώτη προσπάθεια του αμερικανικού στρατού στις δυνατότητες που προσφέρουν οι BCI. Το 2015, οι ερευνητές επέτρεψαν σε μια άτομα με αναπηρία να ελέγχει ένα προσομοιωμένο F-35 χρησιμοποιώντας εγκεφαλικά σήματα. Συνεπώς, στο μέλλον, ο πόλεμος μπορεί να γίνει πιο ψυχικός από ό,τι φανταζόταν.

Το Μέλλον των Διεπαφών Εγκεφάλου-Υπολογιστή

Καθώς οι ερευνητές δημιουργούν πιο ευαίσθητες και αποτελεσματικές συσκευές μέτρησης εγκεφαλικών κυμάτων και φορετές συσκευές, οι δυνατότητες των BCI θα βελτιωθούν. Στο μέλλον, η επεξεργασία σήματος θα βελτιωθεί παράλληλα με προχωρημένα μοντέλα AI που μπορούν εύκολα να κωδικοποιούν σύνθετη εγκεφαλική δραστηριότητα. Έτσι, η μέρα δεν θα είναι να «αποβάλλετε αέρα» όταν μπορείτε απλώς να θέλετε μια πίτσα, και πριν το καταλάβετε, ένα drone θα έχει μια ζεστή πίτσα στην πόρτα σας.

Οι Διεπαφές Εγκεφάλου-Υπολογιστή Θα Μπορούν να Αλλάξουν τον Κόσμο

Όταν κοιτάζετε το απεριόριστο δυναμικό που έχουν οι BCI, είναι εύκολο να φανταστείτε ένα μέλλον όπου όλοι φαίνεται να διαθέτουν σχεδόν υπεράνθρωπες δυνάμεις. Φανταστείτε να χρησιμοποιείτε το μυαλό σας για να επικοινωνείτε, να δημιουργείτε και να μοιράζεστε ιδέες. Όλες αυτές οι εργασίες και πολλά περισσότερα είναι ήδη κοντά, χάρη στις συνεχείς προσπάθειες των ευφυών μηχανικών όπως αυτοί του Carnegie Mellon.

Μπορείτε να μάθετε περισσότερα για συναρπαστικά έργα blockchain εδώ.