Hjerne-datamaskin-grensesnitt (BCI) gjør fremskritt og gir håp til personer med nevrologiske tilstander

Etterspørselen etter hjerne-datamaskin-grensesnitt (BCI) fortsetter å øke. BCI kan virke som science fiction, men forskningen og utviklingen som er lagt i dagens systemer gjør dem i stand til noen fantastiske ting. Disse enhetene gjør det mulig for folk å kommunisere med elektroniske enheter kun med tanke. Merkbart mener en gruppe forskere fra Carnegie Mellon at de har oppdaget en måte å forbedre BCI‑kvaliteten på. Her er det du trenger å vite.

Studien, som ble publisert i studie, som ble publisert i Nature Communications, introduserer en ny metode for å forbedre ytelsen til ikke-invasive BCI. Metoden utnytter ultralyd for å forbedre datatransmisjonen mellom wearables og sinnet. Som følge av dette har resultatene deres begeistret hele fellesskapet.

Hjerne-datamaskin-grensesnitt (BCI)

Hjerne-datamaskin-grensesnitt er den naturlige evolusjonen av samspillet mellom menneske og maskin. Mange blir overrasket over å lære at det første tastaturet ikke ble tenkt så mye på. Datadesignerne var mer fokusert på andre oppgaver enn å skape en ny måte å skrive tekst inn i en maskin på. Nå har interaksjon med maskiner blitt et kjernefokus for utviklere som ønsker å gjøre disse øyeblikkene sømløse.

BCI-enheter kan utføre denne oppgaven. Disse enhetene måler elektromagnetiske pulser i hjernen din og oversetter disse pulsene til handlinger. De beste systemene overvåker nevrale kretsløp ved hjelp av ikke-invasive prosedyrer som wearables. Fordelen med denne teknologien er at den er billig å produsere, enkel å bruke, og alle kan dra nytte av dens funksjoner.

Markedet for hjerne-datamaskin-grensesnitt er på vei til å skyte i været

I følge den nyeste Skyquest-rapporten er BCI-markedet på vei til å oppleve en inntektsøkning. Dataene viste at markedet vil vokse til 6,18 milliarder dollar innen 2030. Denne veksten representerer en CAGR på 17,16 % i de påfølgende årene. Veksten kommer fra mange sektorer, inkludert økt bruk innen medisinsk, spill- og underholdningsindustri.

Den samme studien avdekket hvordan AI og maskinlæring løfter denne teknologien til nye høyder. Disse algoritmene har gjort det mulig for systemer å lære å gjøre mer og forbedre nøyaktigheten. Best av alt, jo mer data som mottas, desto bedre blir ytelsen. Følgelig er BCI-markedet på vei mot betydelig vekst.

Problemer med hjerne-datamaskin-grensesnitt

BCI‑konseptet høres flott ut på papiret, men å tyde hjernebølger er mye vanskeligere enn man skulle tro. Spesielt når man tar i betraktning at mesteparten av arbeidet må utføres på en ikke‑invasiv måte. Publikum ville ikke være fornøyd med et stort antall skadde pasienter med hjernechip‑implantater som gikk galt.

Ikke-invasive BCI-er er det beste alternativet. De er enkle å integrere og universelt tilgjengelige for selv svært funksjonshemmede individer. I dag måler ikke-invasive BCI-er hjernebølgeaktivitet utenfor skallen. Dette ekstra laget av interferens reduserer nøyaktigheten til disse enhetene betydelig, noe som resulterer i høyere feilrater sammenlignet med invasive alternativer.

Studie

Studien, «Transkraniell fokusert ultralyd til V5 forbedrer menneskelig visuell bevegelses‑hjerne‑datamaskin‑grensesnitt ved å modulere funksjonsbasert oppmerksomhet», avslører at ultralyd‑målrettet nevromodulering kan forbedre hjernens kommunikasjonskapasitet med ikke-invasive BCI-er. Forskerne ønsket å teste om transkraniell fokusert ultralyd (tFUS) kombinert med høy‑tetthets elektroencefalografi (EEG) kildeavbildning (ESI) kunne forbedre ytelsen og gi mulighet for toveis kommunikasjon.

Forskere

Rapporten ble presentert av forskere fra Carnegie Mellon ledet av Bin He. Hans team har brukt år på å forske på, utvikle og forbedre BCI‑teknologi. Spesielt spesialiserer forskerne seg på ikke-invasive BCI-er, noe som gjør dem til den ideelle gruppen for å gjennomføre denne studien.

Merkbart fikk studien betydelig støtte fra NIH’s The BRAIN Initiative og Helping to End Addiction Long‑term Initiative (NIH HEAL Initiative). Disse gruppene ga materiell og økonomisk støtte for å sikre at forskerne hadde tilgang til alle nødvendige verktøy. Dataene vil nå bidra til en rekke svært nødvendige vitenskapelige studier.

Test

Testfasen i studien introduserte 25 deltakere som ble utstyrt med en spesialbygd EEG‑hatt. Hatten var designet for å fange opp og registrere hjernebølger som deretter sendes til en AI‑algoritme for behandling. Systemet bruker dyp‑lærings‑algoritmer for å dekode bølgene og forbedre ytelsen etter hvert som det utvider sine erfaringer.

Deltakerne hadde to hovedoppgaver. Den første oppgaven var å kontrollere en robotarm. Alle deltakere klarte å manipulere den mekaniske hånden ved kun å bruke tankene. Den neste testen fikk deltakerne til å bruke en BCI‑staver. Staver brukes ofte av funksjonshemmede for å forbedre kommunikasjonen.

Resultater

Resultatene fra studien var øyeåpnende. Deltakerne klarte å manipulere robotarmen med letthet. AI‑algoritmen oversatte og dekodet hjerneaktiviteten til relevante oppgaver i sanntid. Enheten kodet deretter et retursignal, som informerte individet om at oppgaven var fullført. Denne toveis kommunikasjonen var en første for denne teknologien, og markerer en viktig milepæl i utviklingen.

Dataene viste at tFUS betydelig forbedret ytelsen for EEG‑wearables. Enhetene klarte å fange hjerneaktivitet bedre, noe som også reduserte feil i en BCI‑staver‑oppgave. De høyfrekvente bølgene bidro til å øke theta‑ og alfa‑aktivitet, dorsal visuell prosessering, og hevet theta‑nevro‑osillasjon. De senere signalene forbedret konsentrasjonen.

Kilde – Carnegie Mellon

Resultatene fra BCI‑staver‑testen

Resultatene fra BCI‑staver‑testen viste at deltakerne kunne stave det ønskede ordet konsekvent når en fokusert ultralydstråle ble påført eksternt til hjernens visuelle korteks. Forskere undersøkte resultatene og oppdaget at nevromoduleringen økte nevral engasjement, noe som førte til høyere nøyaktighet. Deltakerne kan stave komplekse ord, inkludert Carnegie Mellon, som en del av testen. Følgelig kan dette gjennombruddet forbedre livet til millioner av funksjonshemmede globalt.

Fordeler

Dette forskningsarbeidet kan gi betydelige fordeler i de kommende månedene. For det første bidrar studien til ytterligere investeringer og forskning på BCI‑teknologi. Tastaturet har vært det samme siden persondatamaskinen ble introdusert. BIC vil representere en enorm oppgradering som vil åpne døren til en ny teknologisk æra.

Forskerne har demonstrert hvordan fokusert ultralyd‑nevromodulering av hjernen forbedrer evnen til å kommunisere med eksterne EEG‑sensorer. Nå vil teamet forsøke å lage mer miniatyrversjoner av teknologien som kan brukes hvor som helst av hvem som helst. I tillegg vil AI‑modellen utvides etter hvert som mer data introduseres.

Brukstilfeller

Det finnes mange brukstilfeller for BCI‑datamaskinenheter. Forestill deg å kontrollere smarttelefonen din kun med tankene. For den gjennomsnittlige personen virker dette som trollkunst, men vitenskapen er ikke så langt unna. Hvor denne teknologien gjør en forskjell er når du dykker ned i dens viktigste brukstilfeller:

Helsevesen

Millioner av mennesker over hele verden er funksjonshemmede og kan ikke kommunisere eller håndtere komplekse oppgaver. Integrasjonen av BCI-er med AI kan gjøre livet mye enklere for disse individene. Teknologien vil kombineres med automatiserte reisetjenester for å gjøre det mulig for den gjennomsnittlige personen å komme seg rundt og utføre oppgaver uavhengig av fysisk tilstand. For de som lider av nevrologiske tilstander, gir denne løsningen perfekt mening.

Industri

Det finnes utallige måter BCI-er kan bidra til å effektivisere industrielle prosesser på. Disse protokollene vil hjelpe ingeniører og andre fagfolk med å få tilgang til og dele verdifulle data i sanntid. Denne informasjonen vil kombineres med kraftige AI‑algoritmer for å øke effektiviteten og forbedre resultater der det er mulig.

Selskaper som kan ha nytte av denne forskningen

Den fortsatte forskningen på BCI-er vil bidra til å drive adopsjonen av ny teknologi i fremtiden. Spesielt vil fjerning av tekniske barrierer for adopsjon på tvers av de fleste industrier bli en realitet etter hvert som BCI-er blir mer utbredt. For nå er her noen få selskaper som er klokt posisjonert ettersom BCI-markedet vokser.

1. Blackrock Neurotech

Blackrock Neurotech er en viktig aktør i BCI‑sektoren. Selskapet har flere produkter tilgjengelige for publikum som utnytter BCI‑teknologi. MoveAgain BCI‑systemet er en FDA‑godkjent løsning som gjør det mulig for funksjonshemmede å forbedre bevegelsesrekkevidde, kommunikasjon og mer ved bruk av BCI-er.

Blackrock Neurotech spesialiserer seg på invasiv BCI‑teknologi. Disse små implantatene har bedre signalstyrke og nøyaktighet enn ikke-invasive teknikker siden de unngår kranial interferens. Selskapet tilbyr også funksjonshemmede et produkt som gjør det mulig å flytte musepekeren med tankene. Alle disse funksjonene har potensial til å forbedre livet for millioner.

Blackrock Neurotechs eiendeler er på vei opp. Selskapet sikret betydelig finansiering fra USDT (TETHER) ved lanseringen og har brukt dette til å styrke sine produktutvalg og forskning. Selskapets nyeste produkt heter Neurolace. Dette er et svært sensitivt implantat med over 10 000 kanaler som gir høyere presisjon enn tidligere tilbud.

2. Trimble

TRMB Prisdiagram

Trimble ser BCI‑teknologi som et viktig tillegg til byggeprosessen. Selskapet spesialiserer seg på produkter designet for å styrke arkitektur-, ingeniør- og byggebransjen. Selskapet introduserte intelligente dataløsninger og har nylig inngått partnerskap med Neurable for å introdusere nye verktøy som forbedrer ytelse og produktivitet.

Bruken av BCI‑wearable i denne industrien vil bidra til å effektivisere skapings- og samarbeidsprosesser på store prosjekter fremover. Det forbedrer byggefagfolks evne til å kommunisere komplekse teorier og konsepter. Integrering av AR‑ og VR‑løsninger er bare noen av måtene ingeniørfaget endrer seg på. I fremtiden vil AI‑forsterkede ingeniører bruke BCI‑systemene til å tenke ut nye design som deretter går til simulering for testing før de blir godkjent og laget.

Trimble er en amerikansk programvare‑ og maskinvareleverandør som har bygget et rykte for kvalitet. Produsentens historikk og tilbud gjør det til et godt tillegg i enhver portefølje. I tillegg har deres arbeid med BCI‑teknologi potensial til å revolusjonere bransjen.

Andre bemerkelsesverdige BCI‑fremskritt

Det finnes mange andre BCI‑fremskritt og prosjekter som er verdt å nevne. Disse teknologiske gjennombruddene fortsetter å drive innovasjon og adopsjon. Her er noen av de mest bemerkelsesverdige BCI‑fremsrittene som nylig er gjort.

Kinesisk militær

Kinesisk militær har nylig skapt bekymring etter å ha vist frem et nytt BCI‑grensesnitt. Grensesnittet var koblet til en ape som brukte enheten til å kontrollere en mekanisk arm i sanntid. Merkbart er at den kinesiske regjeringen er en stor forkjemper for BCI‑teknologi. Tidligere har de fremhevet teknologien som en utmerket måte å forbedre hukommelse, søvn, oppmerksomhet og andre hjernefunksjoner på. Nå vil denne teknologien hjelpe deres soldater med å holde seg i toppform.

Amerikansk militær

For å ikke bli overgått har det amerikanske militæret vært involvert i egne BCI‑eksperimenter. En studie lot soldater kontrollere robot‑hunder med tankene. Forskerne fikk en soldat til å styre en mekanisk hund gjennom ulike veipunkter på et kart. Soldaten brukte Microsoft (MSFT ) HoloLens‑plattformen.

Dette er på ingen måte det amerikanske militærets første satsing på BCI‑muligheter. I 2015 ga forskerne en funksjonshemmet kvinne muligheten til å kontrollere en simulert F‑35 med hjerne‑signaler. Følgelig kan krig i fremtiden bli mer mental enn man tidligere har forestilt seg.

Fremtiden for hjerne-datamaskin-grensesnitt

Etter hvert som forskere lager mer følsomme og effektive enheter for måling av hjernebølger og wearables, vil BCI‑enes evner forbedres. I fremtiden vil signalbehandling bli forbedret sammen med avanserte AI‑modeller som enkelt kan kode kompleks hjerneaktivitet. Dermed vil dagen ikke lenger være en drøm når du bare kan ønske deg en pizza, og før du vet ordet av det, har en drone levert en varm pai på døren din.

Hjerne-datamaskin-grensesnitt kan endre verden

Når du ser på det uendelige potensialet BCI‑ene har, er det lett å forestille seg en fremtid der alle ser ut til å ha nesten overmenneskelige evner. Forestill deg å bruke tankene til å kommunisere, bygge og dele ideer. Alle disse oppgavene og mye mer er rett rundt hjørnet takket være de fortsatte innsatsene fra geniale ingeniører som de fra Carnegie Mellon

Du kan lære mer om spennende blockchain‑prosjekter her.