Hjärn-datorgränssnitt (BCI) utvecklas och ger hopp till personer med neurologiska tillstånd

Efterfrågan på hjärn-datorgränssnitt (BCI) fortsätter att öka. BCI kan verka som science fiction, men forskningen och utvecklingen som lagts i dagens system gör dem kapabla till några fantastiska saker. Dessa enheter gör det möjligt för människor att kommunicera med elektroniska enheter enbart med tanke. Noterbart är att en grupp forskare från Carnegie Mellon tror att de har upptäckt ett sätt att förbättra BCI-kvaliteten. Här är vad du behöver veta.

studie, som publicerades i Nature Communications, introducerar en ny metod för att förbättra icke-invasiv BCI-prestanda. Metoden utnyttjar ultraljud för att förbättra datatransmissionen mellan bärbara enheter och sinnet. På så sätt har deras resultat entusiasmerat hela communityn.

Hjärn-datorgränssnitt (BCI)

Hjärn-datorgränssnitt är den naturliga utvecklingen av människa‑maskin‑interaktion. Många blir förvånade över att den första tangentbordet inte hade mycket eftertanke bakom sig. Datorutvecklarna fokuserade mer på andra uppgifter än att skapa ett nytt sätt att mata in text i en maskin. Nu har interaktion med maskiner blivit ett centralt fokus för utvecklare som vill göra dessa ögonblick sömlösa.

BCI‑enheter kan utföra denna uppgift. Dessa enheter mäter elektromagnetiska pulser i hjärnan och översätter dem till handlingar. De bästa systemen övervakar neurala kretsar med icke‑invasiva metoder såsom bärbara enheter. Fördelen med denna teknik är att den är billig att producera, enkel att använda och alla kan utnyttja dess funktioner.

Marknaden för hjärn-datorgränssnitt på väg att skjuta i höjden

Enligt den senaste Skyquest‑rapporten förväntas BCI‑marknaden uppleva en intäktsökning. Data visade att marknaden kommer att expandera till 6,18  miljarder dollar år 2030. Denna tillväxt motsvarar en CAGR på 17,16 % för de kommande åren. Tillväxten kommer från många sektorer, inklusive ökad användning inom medicin, spel och underhållningsindustrier.

Samma studie avslöjade hur AI och maskininlärning lyfter tekniken till nya höjder. Dessa algoritmer har gjort det möjligt för system att lära sig göra mer och förbättra noggrannheten. Det bästa är att ju mer data som tas emot, desto bättre blir prestandan. Följaktligen är BCI‑marknaden på väg mot en betydande tillväxt.

Problem med hjärn-datorgränssnitt

BCI‑konceptet låter bra på papper, men att avkoda hjärnvågor är mycket svårare än man kan föreställa sig. Speciellt när man beaktar att majoriteten av arbetet måste utföras på ett icke‑intrusivt sätt. Allmänheten skulle inte acceptera ett stort antal skadade patienter med hjärnchip‑implantat som gått fel.

Icke‑invasiva BCI är det bästa alternativet. De är enkla att integrera och universellt tillgängliga även för allvarligt funktionshindrade individer. Idag mäter icke‑invasiva BCI hjärnvågsaktivitet utanför skallen. Detta extra lager av interferens minskar enheternas noggrannhet avsevärt, vilket resulterar i högre felprocent jämfört med invasiva alternativ.

Studie

Studien, “Transkraniell fokuserad ultraljud till V5 förbättrar mänskligt visuellt rörelses BCI genom att modulera funktionsbaserad uppmärksamhet,” visar att ultraljud‑inriktad neuromodulering kan förbättra hjärnans kommunikationsförmåga med icke‑invasiva BCI. Forskarna ville testa om transkraniell fokuserad ultraljud (tFUS) kombinerat med högdensitets‑elektroencefalografi (EEG) källa‑avbildning (ESI) kunde förbättra prestanda och möjliggöra tvåvägskommunikation.

Forskare

Rapporten presenterades av Carnegie Mellon‑forskare ledda av Bin He. Hans team har tillbringat år med att forska, utveckla och förbättra BCI‑teknik. Specifikt är forskarna specialiserade på icke‑invasiva BCI, vilket gör dem till den ideala gruppen för att genomföra denna studie.

Noterbart är att studien fick betydande stöd från NIH:s The BRAIN Initiative och Helping to End Addiction Long‑term Initiative (NIH HEAL Initiative). Dessa grupper tillhandahöll materiellt och finansiellt stöd för att säkerställa att forskarna hade tillgång till alla nödvändiga verktyg. Data kommer nu att bidra till en rad mycket behövda vetenskapliga studier.

Test

Testfasen i studien introducerade 25 deltagare som fick en specialbyggd EEG‑mössa. Mössan var designad för att fånga och registrera hjärnvågor som sedan skickas till en AI‑algoritm för bearbetning. Systemet använder djupinlärningsalgoritmer för att avkoda vågorna och förbättra prestanda i takt med att det samlar erfarenheter.

Deltagarna hade två huvuduppgifter. Den första uppgiften var att styra en robotarm. Alla deltagare kunde framgångsrikt manipulera den mekaniska handen enbart med sinnet. Nästa test fick deltagarna att använda en BCI‑stavningsenhet. Stavningsenheter används ofta av funktionshindrade för att förbättra kommunikationen.

Resultat

Studieresultaten var ögonöppnande. Deltagarna kunde enkelt manipulera robotarmen. AI‑algoritmen översatte och avkodade framgångsrikt hjärnaktivitet till relevanta uppgifter i realtid. Enheten kodade sedan en återkopplingssignal som informerade individen om att uppgiften var slutförd. Denna tvåvägskommunikation var en första för tekniken och markerade en viktig milstolpe i utvecklingen.

Data visade att tFUS avsevärt förbättrade prestandan för EEG‑bärbara enheter. Enheterna kunde bättre fånga hjärnaktivitet, vilket också minskade fel i en BCI‑stavningsuppgift. Högfrekventa vågor bidrog till att öka theta‑ och alfabeteenden, dorsal visuell bearbetning och förhöjd theta‑neurooscillation. De senare signalerna förbättrade koncentrationen.

Källa – Carnegie Mellon

Resultaten från BCI‑stavningstestet

Resultaten från BCI‑stavningstestet visade att deltagarna kunde framgångsrikt stava det önskade ordet med konsekvens när en fokuserad ultraljudsstråle applicerades externt på hjärnans visuella cortex. Forskare analyserade resultaten och upptäckte att neuromoduleringen förbättrade neural engagemang, vilket resulterade i högre noggrannhet. Deltagarna kan stava komplexa ord, inklusive Carnegie Mellon, som en del av testet. Följaktligen kan detta genombrott förbättra livet för miljontals funktionshindrade globalt.

Fördelar

Denna forskning kan ge betydande fördelar under de kommande månaderna. För det första hjälper deras studie till att främja investeringar och forskning inom BCI‑teknik. Tangentbordet har förblivit detsamma sedan persondatorn introducerades. BIC skulle representera en enorm uppgradering som öppnar dörren till en ny teknologisk era.

Forskarna har demonstrerat hur fokuserad ultraljuds‑neuromodulering av hjärnan förbättrar dess förmåga att kommunicera med externa EEG‑sensorer. Nu kommer teamet att försöka skapa mer miniatyriserade versioner av sin teknik som kan användas var som helst av vem som helst. Dessutom kommer AI‑modellen att expandera i takt med att mer data introduceras.

Användningsfall

Det finns många användningsfall för BCI‑datorenheter. Föreställ dig att styra din smartphone enbart med ditt sinne. För den genomsnittliga personen verkar detta som trolleri, men vetenskapen är inte så långt borta. Där tekniken gör skillnad är när du går in på dess främsta användningsområden:

Hälsovård

Miljontals människor världen över är funktionshindrade och oförmögna att kommunicera eller hantera komplexa uppgifter. Integration av BCI med AI kan göra livet mycket enklare för dessa individer. Tekniken kommer att kombineras med automatiserade rese‑tjänster för att möjliggöra för den genomsnittliga personen att ta sig runt och utföra uppgifter oavsett fysisk status. För dem som lider av neurologiska tillstånd är denna lösning helt logisk.

Industri

Det finns oändliga sätt på vilka BCI kan hjälpa till att effektivisera industriella processer. Dessa protokoll hjälper ingenjörer och andra kvalificerade arbetare att få åtkomst till och dela värdefull data i realtid. Informationen kommer att kombineras med kraftfulla AI‑algoritmer för att driva effektivitet och förbättra resultat där det är möjligt.

Företag som kan dra nytta av denna forskning

Den fortsatta forskningen kring BCI kommer att driva antagandet av ny teknik i framtiden. Specifikt kommer elimineringen av tekniska hinder för antagande inom de flesta industrier att bli en realitet när BCI blir mer utbredda. För närvarande är här några företag som är väl positionerade när BCI‑marknaden expanderar.

1. Blackrock Neurotech

Blackrock Neurotech är en stor aktör inom BCI‑sektorn. Företaget har flera produkter tillgängliga för allmänheten som utnyttjar BCI‑teknik. MoveAgain‑BCI‑systemet är en FDA‑godkänd lösning som gör det möjligt för funktionshindrade att förbättra sin rörelseförmåga, kommunikation och mer med hjälp av BCI.

Blackrock Neurotech specialiserar sig på invasiv BCI‑teknik. Dessa små implantat har bättre signalstyrka och noggrannhet än icke‑invasiva tekniker eftersom de undviker kranial interferens. Företaget erbjuder också funktionshindrade en produkt som gör det möjligt att flytta en muspekare med sina tankar. Alla dessa funktioner har potential att förbättra livet för miljontals.

Blackrock Neurotechs tillgångar är på uppgång. Företaget säkrade tung finansiering från USDT (TETHER) vid lanseringen och har använt den för att stärka sina produktutbud och forskning. Företagets senaste produkt heter Neurolace. Detta är ett mycket känsligt implantat med över 10 000 kanaler för att ge högre precision än tidigare erbjudanden.

2. Trimble

(TRMB )

Trimble ser BCI‑teknik som ett väsentligt tillskott till byggprocessen. Företaget specialiserar sig på produkter som är utformade för att stärka arkitektur-, ingenjörs- och byggindustrierna. Företaget introducerade intelligenta datalösningar och har nyligen samarbetat med Neurable för att införa nya verktyg som förbättrar prestanda och produktivitet.

Användningen av BCI‑bärbara enheter i denna industri kommer att hjälpa till att effektivisera skapande- och samarbetsinsatser på stora projekt framöver. Förbättra byggarbetares förmåga att kommunicera komplexa teorier och koncept. Integration av AR‑ och VR‑lösningar är bara några av de sätt som ingenjörskonsten förändras på. I framtiden kommer AI‑förstärkta ingenjörer att använda BCI‑system för att tänka fram nya designer som sedan går till simuleringar för testning innan de godkänns och skapas.

Trimble är en amerikansk mjukvaru‑ och hårdvaruleverantör som har byggt ett rykte för kvalitet. Tillverkarens meritlista och erbjudanden gör det till ett bra tillskott till vilken portfölj som helst. Dessutom har deras arbete med BCI‑teknik potential att omvälva branschen.

Andra anmärkningsvärda BCI‑framsteg

Det finns många andra BCI‑framsteg och projekt som är värda att nämna. Dessa teknologiska genombrott fortsätter att driva innovation och antagande. Här är några av de mest anmärkningsvärda BCI‑framstegen som nyligen har gjorts.

Kinesiska militären

Den kinesiska militären har nyligen väckt oro efter att ha visat upp ett nytt BCI‑gränssnitt. Gränssnittet var kopplat till en apa som använde enheten för att framgångsrikt styra en mekanisk arm i realtid. Noterbart är att den kinesiska regeringen är en stark förespråkare för BCI‑teknik. Tidigare har de hyllat tekniken som ett utmärkt sätt att förbättra minne, sömn, uppmärksamhet och andra hjärnfunktioner. Nu kommer denna teknik att hjälpa deras krigare att vara i toppform.

Amerikanska militären

För att inte bli efterbliven har den amerikanska militären också varit involverad i egna BCI‑experiment. En studie lät soldater styra robothundar med sina tankar. Forskarna hade en soldat leda en mekanisk hund genom olika waypoints på en karta. Soldaten använde Microsoft HoloLens‑plattformen.

Detta är på inget sätt den amerikanska militärens första satsning på de möjligheter som BCI erbjuder. År 2015 möjliggjorde forskarna för en funktionshindrad kvinna att styra ett simulerat F‑35 med hjärnsignaler. Följaktligen kan krig i framtiden bli mer mentalt än man tidigare föreställt sig.

Framtiden för hjärn-datorgränssnitt

När forskare utvecklar mer känsliga och effektiva enheter för att mäta hjärnvågor och bärbara enheter, kommer BCI‑kapaciteterna att förbättras. I framtiden kommer signalbehandling att förbättras tillsammans med avancerade AI‑modeller som enkelt kan koda komplex hjärnaktivitet. På så sätt blir dagen då du kan tänka på en pizza och innan du vet ordet av, har en drönare levererat en varm paj till din dörr.

Hjärn-datorgränssnitt kan förändra världen

När du betraktar den oändliga potentialen som BCI har, är det lätt att föreställa sig en framtid där alla verkar besitta nästan övermänskliga krafter. Föreställ dig att använda ditt sinne för att kommunicera, bygga och dela idéer. Alla dessa uppgifter och mycket mer är inom räckhåll tack vare de fortsatta ansträngningarna från geniala ingenjörer som de från Carnegie Mellon.

Du kan lära dig mer om spännande blockchain‑projekt här.