Aivotietokoneet (BCI:t) kehittyvät, tarjoten toivoa neurologisia sairauksia sairastaville

Aivotietokoneiden (BCI) kysyntä jatkaa kasvuaan. BCI:t saattavat vaikuttaa tieteiskirjallisuudelta, mutta nykyisiin järjestelmiin kohdistuva tutkimus ja kehitys tekevät niistä kykeneviä hämmästyttäviin asioihin. Nämä laitteet mahdollistavat ihmisten kommunikoida elektronisten laitteiden kanssa pelkän ajatuksen voimalla. Erityisesti Carnegie Mellonista kotoisin oleva tutkijaryhmä uskoo löytäneensä tavan parantaa BCI:n laatua. Tässä on, mitä sinun tulee tietää.

Tutkimus, joka julkaistiin Nature Communications -lehdessä, esittelee uuden menetelmän parantamaan ei-invasiivista BCI-suorituskykyä. Menetelmä hyödyntää ultraääniä parantaakseen tiedonsiirtoa puettavien laitteiden ja mielen välillä. Näin ollen heidän tuloksensa ovat innostaneet koko yhteisöä.

Aivotietokoneet (BCI:t)

Aivotietokoneet ovat luonnollinen kehitysaskel ihmisen ja koneen vuorovaikutuksessa. Monet yllättyvät kuullessaan, että ensimmäinen näppäimistö suunniteltiin ilman suurta harkintaa. Tietokoneiden suunnittelijat keskittyivät enemmän muihin tehtäviin kuin uuden tavan luomiseen tekstin syöttämiseksi koneeseen. Nyt koneiden kanssa vuorovaikutus on kehittynyt keskeiseksi tavoitteeksi kehittäjille, jotka pyrkivät tekemään nämä hetket saumattomiksi.

BCI-laitteet voivat toteuttaa tämän tehtävän. Nämä laitteet mittaavat aivojesi sähkömagneettisia pulssia ja kääntävät ne toimiksi. Parhaat järjestelmät seuraavat hermoyhteyksiä käyttäen ei-invasiivisia menetelmiä, kuten puettavia laitteita. Tämän teknologian etuna on, että se on edullista valmistaa, helppokäyttöistä, ja kuka tahansa voi hyödyntää sen ominaisuuksia.

Aivotietokoneiden markkinat nousevat voimakkaasti

Viimeisimmän Skyquest-raportin mukaan BCI-markkinat odottavat merkittävää liikevaihdon kasvua. Tiedot osoittivat, että markkinat laajenevat 6,18 miljardiin dollariin vuoteen 2030 mennessä. Tämä kasvu vastaa 17,16 %:n CAGR:ia tulevina vuosina. Kasvu tulee monilta sektoreilta, mukaan lukien lisääntynyt käyttö lääketieteessä, pelaamisessa ja viihdeteollisuudessa.

Sama tutkimus paljasti, miten tekoäly ja koneoppiminen nostavat tätä teknologiaa uusiin korkeuksiin. Nämä algoritmit ovat mahdollistaneet järjestelmien oppia tekemään enemmän ja parantamaan tarkkuutta. Parasta on, että mitä enemmän dataa saadaan, sitä parempi suorituskyky on. Näin ollen BCI-markkinat ovat valmistautuneet vakavaan kasvuun.

Ongelmia aivotietokoneissa

BCI-konsepti kuulostaa loistavalta paperilla, mutta aivosignaalien tulkitseminen on paljon vaikeampaa kuin voisi kuvitella. Erityisesti kun otetaan huomioon, että suurin osa tästä työstä on suoritettava ei-intrusiivisesti. Yleisö ei hyväksyisi suurta määrää potilaita, joilla on aivochip-implanteja, jotka ovat menneet pieleen.

Ei-invasiiviset BCI:t ovat paras vaihtoehto. Ne on helppo integroida ja ne ovat yleisesti saatavilla myös vakavasti vammautuneille henkilöille. Nykyään ei-invasiiviset BCI:t mittaavat aivosignaalien toimintaa kallon ulkopuolella. Tämä lisäkerroin häiriöitä vähentää merkittävästi näiden laitteiden tarkkuutta, mikä johtaa korkeampiin virheratioihin verrattuna invasiivisiin vaihtoehtoihin.

Tutkimus

Tutkimus, “Transkraniaalinen fokusoitu ultraääni V5:lle parantaa ihmisen visuaalisen liikkeen aivotietokoneen käyttöä modulaamalla ominaisuuspohjaista huomiota,” paljastaa, että ultraääniin kohdistuva neuro-modulaatio voi parantaa aivojen viestintäkykyä ei-invasiivisten BCI:iden kanssa. Tutkijat halusivat testata, voisiko transkraniaalinen fokusoitu ultraääni (tFUS) yhdistettynä korkean tiheyden elektroenkefalografiaan (EEG) lähdekuvantamiseen (ESI) parantaa suorituskykyä ja mahdollistaa kaksisuuntaisen viestinnän.

Tutkijat

Raportin esittivät Carnegie Mellonin tutkijat, joita johti Bin He. Hänen tiiminsä on käyttänyt vuosia BCI-teknologian tutkimiseen, kehittämiseen ja parantamiseen. Erityisesti tutkijat erikoistuvat ei-invasiivisiin BCI:ihin, mikä tekee heistä ihanteellisen ryhmän tämän tutkimuksen toteuttamiseen.

Erityisesti tutkimus sai merkittävää tukea NIH:n The BRAIN Initiative -ohjelmalta sekä Helping to End Addiction Long-term Initiative (NIH HEAL Initiative) -ohjelmalta. Nämä ryhmät tarjosivat aineellista ja taloudellista tukea varmistaakseen, että tutkijoilla oli pääsy kaikkiin tarvittaviin työkaluihin. Dataa käytetään nyt tukemaan monia kaivattuja tieteellisiä tutkimuksia.

Testi

Tutkimuksen testausvaiheessa otettiin mukaan 25 osallistujaa, joille asennettiin räätälöity EEG-lippis. Lippis suunniteltiin kaappaamaan ja rekisteröimään aivosignaalit, jotka sitten lähetetään tekoälyalgoritmille käsiteltäväksi. Järjestelmä käyttää syväoppimisalgoritmeja aaltokuvioiden dekoodaukseen ja suorituskyvyn parantamiseen kokemusten karttuessa.

Osallistujilla oli kaksi päätehtävää. Ensimmäinen tehtävä oli ohjata robottikättä. Kaikki osallistujat pystyivät onnistuneesti manipuloimaan mekaanista kättä pelkän mielensä avulla. Seuraavassa testissä osallistujat käyttivät BCI-tekstinkirjoitinta. Tekstinkirjoittimia käytetään yleisesti vammaisten henkilöiden viestinnän parantamiseen.

Tulokset

Tutkimuksen tulokset olivat silmiä avaavia. Osallistujat pystyivät helposti manipuloimaan robottikättä. Tekoälyalgoritmi käänsi ja dekoodasi aivojen toiminnan reaaliaikaisesti merkityksellisiksi tehtäviksi. Laite koodasi sitten palautussignaalin, jolloin yksilö sai tiedon tehtävän olevan suoritettu. Tämä kaksisuuntainen viestintä oli ensimmäinen tällaista teknologiaa varten, merkiten merkittävää virstanpylvästä kehityksessä.

Tiedot korostivat, että tFUS paransi merkittävästi EEG-puettavien laitteiden suorituskykyä. Laitteet pystyivät paremmin kaappaamaan aivojen toiminnan, mikä vähensi virhettä BCI-tekstinkirjoitustehtävässä. Korkean taajuuden aallot auttoivat lisäämään theta- ja alfa-aktiivisuutta, dorsaalista visuaalista prosessointia ja kohottivat theta-neuraalista oskillaatiota. Myöhemmät signaalit paransivat keskittymistä.

Lähde – Carnegie Mellon

BCI-tekstinkirjoittimen testitulokset

BCI-tekstinkirjoittimen testitulokset osoittivat, että osallistujat pystyivät johdonmukaisesti kirjoittamaan halutun sanan, kun fokusoitu ultraäänisäde kohdistettiin aivojen visuaaliseen korteksiin ulkopuolelta. Tiedemiehet tutkivat tuloksiaan ja havaitsivat, että neuro-modulaatio vahvisti hermostollista sitoutumista, mikä johti korkeampaan tarkkuuteen. Osallistujat voivat kirjoittaa monimutkaisia sanoja, mukaan lukien Carnegie Mellon, osana testiä. Tästä läpimurrosta voi siis parantaa miljoonien vammaisten ihmisten elämää maailmanlaajuisesti.

Hyödyt

Tämä tutkimus voi tuottaa merkittäviä hyötyjä tulevina kuukausina. Ensinnäkin heidän tutkimuksensa edistää investointeja ja tutkimusta BCI-teknologiaan. Näppäimistö on pysynyt samana siitä lähtien, kun henkilökohtainen tietokone otettiin käyttöön. BIC edustaisi valtavaa päivitystä, joka avaisi oven uudelle teknologian aikakaudelle.

Tutkijat ovat osoittaneet, miten fokusoitu ultraääni-neuro-modulaatio aivoissa parantaa niiden kykyä kommunikoida ulkoisten EEG-antureiden kanssa. Nyt tiimi pyrkii tekemään teknologiansa pienempiä versioita, joita kuka tahansa voi käyttää missä tahansa. Lisäksi tekoälymalli laajenee, kun enemmän dataa otetaan käyttöön.

Käyttötapaukset

BCI-tietokoneiden laitteilla on monia käyttötapauksia. Kuvittele ohjaavasi älypuhelintasi pelkällä ajatuksellasi. Keskimääräiselle ihmiselle tämä tehtävä vaikuttaa taikuudelta, mutta tiede ei ole kaukana. Tämä teknologia tekee eron, kun syvennyt sen keskeisiin käyttötapauksiin:

Terveydenhuolto

Miljoonat ihmiset ympäri maailmaa ovat vammautuneita eivätkä pysty kommunikoimaan tai suorittamaan monimutkaisia tehtäviä. BCI:iden ja tekoälyn yhdistäminen voisi tehdä elämän paljon helpommaksi näille henkilöille. Tämä teknologia yhdistyy automatisoituihin matkustuspalveluihin, jolloin tavallinen henkilö voi liikkua ja suorittaa tehtäviä fyysisestä tilastaan riippumatta. Neurologisista sairauksista kärsiville tämä ratkaisu on täysin järkevä.

Teollisuus

BCI:t voivat loputtomasti tehostaa teollisia prosesseja. Nämä protokollat auttavat insinöörejä ja muita ammattitaitoisia työntekijöitä pääsemään käsiksi arvokkaaseen dataan ja jakamaan sen reaaliaikaisesti. Tämä tieto yhdistyy tehokkaiden tekoälyalgoritmien kanssa, mikä lisää tehokkuutta ja parantaa tuloksia mahdollisuuksien mukaan.

Yritykset, jotka voisivat hyötyä tästä tutkimuksesta

Jatkuva tutkimus BCI:iden parissa auttaa edistämään uusien teknologioiden omaksumista tulevaisuudessa. Erityisesti teknisten esteiden poistaminen omaksumiselle useimmilla toimialoilla tulee todellisuudeksi, kun BCI:t yleistyvät. Tässä toistaiseksi muutama yritys, jotka ovat viisaasti asemoituneet BCI-markkinan laajentuessa.

1. Blackrock Neurotech

Blackrock Neurotech on merkittävä toimija BCI-sektorilla. Yrityksellä on useita julkisesti saatavilla olevia tuotteita, jotka hyödyntävät BCI-teknologiaa. MoveAgain BCI -järjestelmä on FDA:n hyväksymä ratkaisu, joka mahdollistaa vammaisille henkilöille liikeradan, viestinnän ja muut ominaisuudet BCI:iden avulla parantamisen.

Blackrock Neurotech erikoistuu invasiiviseen BCI-teknologiaan. Nämä pienet implantaatiot tarjoavat paremman signaalinvoiman ja tarkkuuden kuin ei-invasiiviset tekniikat, koska ne välttävät kallon häiriöt. Yritys tarjoaa myös vammaisille henkilöille tuotteen, jonka avulla he voivat liikuttaa hiiren kursoria ajatuksillaan. Kaikilla näillä ominaisuuksilla on potentiaalia parantaa miljoonien elämää.

Blackrock Neurotechin varat ovat nousussa. Yritys sai merkittävää rahoitusta USDT:ltä (TETHER) lanseerauksen yhteydessä ja on käyttänyt sen tuotetarjontansa ja tutkimuksensa vahvistamiseen. Yrityksen uusin tuote on nimeltään Neurolace. Tämä on erittäin herkkä implantaatti, jossa on yli 10 000 kanavaa, tarjoten tarkempaa suorituskykyä kuin aikaisemmat tuotteet.

2. Trimble

TRMB Hintakaavio

Trimble näkee BCI-teknologian olennaisena lisänä rakennusprosessiin. Yritys erikoistuu tuotteisiin, jotka on suunniteltu tehostamaan arkkitehtuuri-, insinööri- ja rakennusteollisuutta. Yritys esitteli älykkäitä dataratkaisuja ja on äskettäin tehnyt yhteistyötä Neurable:n kanssa pyrkien tuomaan uusia työkaluja, jotka parantavat suorituskykyä ja tuottavuutta.

BCI-puettavan teknologian käyttö tässä teollisuudessa auttaa virtaviivaistamaan suurten projektien luomista ja yhteistyötä. Se parantaa rakennusalan ammattilaisten kykyä kommunikoida monimutkaisia teorioita ja käsitteitä. AR- ja VR-ratkaisujen integrointi on vain yksi monista tavoista, joilla insinöörit muuttuvat. Tulevaisuudessa tekoälyä hyödyntävät insinöörit käyttävät BCI-järjestelmiä keksimään uusia suunnitelmia, jotka siirtyvät simulointeihin testattavaksi ennen hyväksymistä ja toteuttamista.

Trimble on Yhdysvalloissa toimiva ohjelmisto- ja laitteistotoimittaja, joka on rakentanut maineen laadusta. Valmistajan historia ja tarjonta tekevät siitä hyvän lisän mihin tahansa salkkuun. Lisäksi heidän työnsä BCI-teknologian parissa voi mullistaa alan.

Muut merkittävät BCI-edistysaskeleet

On monia muita BCI-edistysaskeleita ja projekteja, jotka ansaitsevat maininnan. Nämä teknologiset läpimurrot jatkavat innovaation ja omaksumisen edistämistä. Tässä muutamia viimeaikaisia merkittävimpiä BCI-edistysaskeleita.

Kiinan armeija

Kiinan armeija aiheutti huolta esittelemällä uuden BCI-käyttöliittymän. Käyttöliittymä oli kytketty apinaan, joka käytti laitetta menestyksekkäästi ohjaamaan mekaanista kättä reaaliajassa. Erityisesti Kiinan hallitus on suuri BCI-teknologian puolestapuhuja. Aikaisemmin he ovat väittäneet teknologian olevan loistava tapa parantaa muistia, unta, tarkkaavaisuutta ja muita aivotoimintoja. Nyt tämä teknologia auttaa pitämään heidän sotilaansa tarkkoina.

Yhdysvaltain armeija

Jotta Yhdysvallat eivät jäisi jälkeen, Yhdysvaltain armeija on osallistunut omiin BCI-kokeiluihinsa. Yhdessä tutkimuksessa sotilaat ohjasivat robotikoiria mielensä avulla. Tutkijat antoivat sotilaalle tehtäväksi ohjata mekaanista koiraa eri reittipisteiden läpi kartalla. Sotilas käytti Microsoft (MSFT ) HoloLens -alustaa.

Tämä ei missään nimessä ole Yhdysvaltain armeijan ensimmäinen yritys BCI:iden tarjoamien mahdollisuuksien hyödyntämiseen. Vuonna 2015 tutkijat antoivat vammaiselle naiselle mahdollisuuden ohjata simuloitua F-35-konetta aivosignaaleilla. Tästä syystä tulevaisuudessa sota voi muuttua enemmän mielensisäiseksi kuin aiemmin kuviteltu.

Aivotietokoneiden tulevaisuus

Kun tutkijat kehittävät entistä herkkiä ja tehokkaampia aivosignaalien mittauslaitteita ja puettavia laitteita, BCI:iden mahdollisuudet paranevat. Tulevaisuudessa signaalinkäsittelyä parannetaan kehittyneiden tekoälymallien avulla, jotka voivat helposti koodata monimutkaista aivotoimintaa. Näin ollen päivä ei enää ole turhaa, kun voit yksinkertaisesti haluta pizzan, ja ennen kuin ehdit huomaamaan, drone tuo kuuman piirakan suoraan ovelle.

Aivotietokoneet voivat muuttaa maailmaa

Kun tarkastelet BCI:iden loputonta potentiaalia, on helppo nähdä tulevaisuus, jossa jokaisella on lähes yliluonnollisia voimia. Kuvittele käyttäväsi mieltäsi kommunikoimaan, rakentamaan ja jakamaan ideoita. Kaikki nämä tehtävät ja paljon muuta ovat aivan nurkan takana kiitos jatkuvien pyrkimysten nerokkaiden insinöörien, kuten Carnegie Mellonin, ansiosta.

Voit oppia lisää jännittävistä lohkoketjuhankkeista täällä.