Interfejs mózg-komputer
Z Wikipedii
Interfejs mózg-komputer (ang. brain-computer interface, BCI) – interfejs pozwalający na bezpośrednie sterowanie komputerem za pomocą mózgu. Odpowiednio zaprogramowany komputer może umożliwiać, bez pośrednictwa mięśni, komunikację z otoczeniem (przez pisanie tekstów) lub sterowanie urządzeniami, np. kontrolę oświetlenia, telewizora itp.
Spis treści |
[edytuj] Implementacje
Najbardziej obiecujące są systemy BCI oparte o odczyt elektroencefalogramu (EEG). Pozostałe podejścia wymagają albo wszczepiania elektrod podczaszkowych, albo – jak systemy oparte na fMRI lub NIRS – wykazują kilkusekundowe opóźnienia, a w przypadku fMRI wymagają bardzo drogiej, nieprzenośnej aparatury (skaner fMRI z polem powyżej 3 T). Wśród BCI opartych o EEG, najefektywniej działają trzy podstawowe paradygmaty:
- SSVEP (ang. steady state visual evoked potentials), oparte o koncentrowanie uwagi na symbolu migającym z częstością, która jest odzwierciedlana w EEG. Na przykład na matrycy cyfr 3x3 każda klatka miga z inną częstością. Skoncentrowanie uwagi na jednej z cyfr powoduje pojawienie się w EEG odpowiadającej częstości.
- P300, oparte o detekcję potencjałów wywołanych przez podświetlenie np. oczekiwanej litery. Tu najczęściej podświetlane są wiersze i kolumy macierzy liter. Podświetlenie wiersza lub kolumny, w której znajduje się litera, na której koncentrujemy uwagę, powoduje pojawienie się specyficznego potencjału wywołanego. Niestety jego detekcja, przy aktualnym stanie metodologii analizy sygnałów, może wymagać szeregu powtórzeń, co zmniejsza szybkość transferu informacji.
- ERD/ERS (ang. event-related desynchronization/synchronization), oparte o odczyt intencji ruchu prawą/lewą ręką i np. stopą. Ten najbardziej "naturalny" tryb sterowania przez EEG, w którym np. wyobrażenie ruchu prawą ręką może oznaczać "skręć w prawo", a ruchu stopą - "poruszaj się do przodu", jest jednocześnie najbardziej skomplikowane w realizacji. Odróżnienie intencji ruchu np. lewą i prawą kończyną możliwe jest częśiowo dzięki lateralizacji funkcji mózgu, więc wymaga stosunkowo dużej ilości elektrod. Jeszcze trudniejsza jest detekcja samych ERD/ERS, które w "czystej" postaci widoczne są po uśrednieniu EEG z wielu powtórzeń tego samego wyobrażenia.
[edytuj] Zastosowania
Głównym zastosowaniem BCI jest umożliwienie komunikacji ze światem zewnętrznym pacjentom w ciężkich stadiach takich chorób jak stwardnienie zanikowe boczne (ang. amyotrophic lateral sclerosis, ALS), udar mózgowy podkorowy, zespół Guillain-Barre’a, mózgowe porażenie dziecięce (ang. cerebral palsy) czy stwardnienie rozsiane (SM).
Stwardnienie zanikowe boczne (ang. amyotrophic lateral sclerosis, ALS) to poważna neurodegeneracyjną choroba układu nerwowego, która niszczy część centralnego układu nerwowego odpowiedzialną za ruch; nie uszkadza natomiast, czucia, zdolności poznawczych i intelektu. Osoby, które na nią zapadają, stopniowo tracą kontrolę nad własnym ciałem i w ciągu 2 do 3 lat osiągają stan, kiedy nie mają żadnej możliwości skomunikowania się z otoczeniem, pozostając niewolnikami własnych ciał, skazanymi na trwanie przy życiu bez możliwości wyrażenia własnych potrzeb, opinii i emocji. ALS to choroba neurodegeneracyjna przebiegająca z zanikiem neuronów w rogach przednich rdzenia kręgowego, którymi biegną sygnały ruchowe do narządów wykonawczych - mięśni. Najbardziej okrutne jest jednak to, że choroba niszcząc tylko neurony ruchowe nie upośledza w najmniejszym stopniu intelektu chorych co czyni ich więźniami własnych ciał. Chorzy ci nie mogą mówić natomiast ich inteligencja jest pełna. Są skazani na bierną obserwację tego co się z nimi dzieje bez możliwości zareagowania na ból (też nie upośledzony) czy niewygodę. Często są przez otoczenie traktowani jak upośledzeni umysłowo. Znanym wyjątkiem jest kosmolog Stephen Hawking żyjący już 40 lat z ALS i z powodzeniem prowadzący jeszcze do niedawna wykłady za pomocą generatora mowy sterowanego ruchami gałek ocznych - jest to przykład tak zwanego zależnego interfejsu mózg-komputer (ang. dependent BCI).
Uniezależnienie komunikacji od resztkowej funkcjonalności mięśni jest znacznie bardziej interesujące z naukowego punktu widzenia. Ponadto, takie niezależne interfejsy mózg-komputer (ang. indpendent BCI) są jedyną drogą komunikacji w skrajnych stadiach niektórych z tych chorób, gdy pacjent znajduje się w tzw. "completely locked-in state": przed osiągnięciem tego stanu pacjent musi zdecydować się na podłączenie do systemu wymuszonego oddychania ze względu na zanik funkcji także mięśni oddechowych, prowadzący w przeciwnym razie do śmierci.
Nie jest to jedyne zastosowanie tej nabierającej znaczenia technologii. Zastosowania wojskowe są z naturalnych względów znacznie mniej reprezentowane w publikacjach, jednak wydaje się, że nakłady na te badania są również bardzo duże. Podobnie w zakresie zastosowań rozrywkowo-mulitmedialnych - na przykład firmy Emotiv Systems i NeuroSky reklamują już interfejsy do gier komputerowych.
[edytuj] Zobacz też
- Matrix - film prezentujący zaawansowany interfejs BCI
[edytuj] Linki zewnętrzne
- bci2000.org oprogramowanie do systemów BCI, udostępniane z kodem źródłowym przez Wadsworth Center z Nowego Jorku na licencji typu 'non-disclosure'
- bci.durka.info informacje o BCI po polsku
- Linki do kilku dostępnych w Sieci filmów obrazujących podstawowe pradygmaty realizacji BCI w oparciu o EEG
