Καπάκι που ανοίγει τον δρόμο για τις μη επεμβατικές διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή

Πολλαπλές συσκευές διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή (BCI) μπορούν να επιτρέπουν στους χρήστες να κάνουν τα πάντα από

έλεγχος δρομέων υπολογιστή

να μεταφράσει τη νευρική δραστηριότητα σε λέξεις, να μετατρέψει

χειρόγραφο σε κείμενο

. Ενώ ένα από τα πιο πρόσφατα παραδείγματα BCI φαίνεται να επιτελεί πολύ παρόμοιες εργασίες, το κάνει χωρίς να χρειάζεται χρονοβόρα, εξατομικευμένη βαθμονόμηση ή νευροχειρουργική υψηλού κινδύνου.

Όπως αναλύθηκε πρόσφατα σε μελέτη που δημοσιεύτηκε στο


PNAS Nexus


, Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Τέξας στο Όστιν ανέπτυξαν ένα φορητό καπάκι που επιτρέπει σε έναν χρήστη να εκτελεί σύνθετες εργασίες υπολογιστή μέσω της ερμηνείας της εγκεφαλικής δραστηριότητας σε εντολές που μπορούν να γίνουν πράξη. Όμως, αντί να χρειάζεται να προσαρμόζεται κάθε συσκευή στη νευρωνική δραστηριότητα ενός συγκεκριμένου χρήστη, ένα συνοδευτικό πρόγραμμα μηχανικής εκμάθησης προσφέρει μια νέα προσέγγιση «ενιαίου μεγέθους» που μειώνει δραματικά τον χρόνο εκπαίδευσης.

«Η εκπαίδευση ενός υποκειμένου BCI συνήθως ξεκινά με μια συνεδρία βαθμονόμησης εκτός σύνδεσης για τη συλλογή δεδομένων για τη δημιουργία ενός μεμονωμένου αποκωδικοποιητή», εξηγεί η ομάδα.

περίληψη του χαρτιού

. «Εκτός του ότι είναι χρονοβόρος, αυτός ο αρχικός αποκωδικοποιητής μπορεί να είναι αναποτελεσματικός καθώς τα υποκείμενα δεν λαμβάνουν ανατροφοδότηση που τους βοηθά να αποσπάσουν σωστά [sensorimotor rhythms] κατά τη βαθμονόμηση.”

Για να το λύσουν αυτό, οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα νέο πρόγραμμα μηχανικής μάθησης που προσδιορίζει τις συγκεκριμένες ανάγκες ενός ατόμου και προσαρμόζει την εκπαίδευσή του με βάση την επανάληψη ανάλογα με τις ανάγκες. Λόγω αυτής της διαλειτουργικής αυτοβαθμονόμησης, οι εκπαιδευόμενοι δεν χρειάζονται την καθοδήγηση της ερευνητικής ομάδας ή πολύπλοκες ιατρικές διαδικασίες για την εγκατάσταση ενός εμφυτεύματος.

[Related:


Neuralink shows first human patient using brain implant to play online chess


.]

«Όταν το σκεφτόμαστε αυτό σε κλινικό περιβάλλον, αυτή η τεχνολογία θα τα καταφέρει, έτσι δεν θα χρειαστούμε μια εξειδικευμένη ομάδα για να κάνουμε αυτή τη διαδικασία βαθμονόμησης, η οποία είναι μακρά και κουραστική», δήλωσε ο Satyam Kumar, ένας μεταπτυχιακός φοιτητής που συμμετέχει στο έργο. σε ένα

πρόσφατη δήλωση

. «Θα είναι πολύ πιο γρήγορο να περνάς από ασθενή σε ασθενή».

Για να προετοιμαστεί, το μόνο που χρειάζεται να κάνει ένας χρήστης είναι να φορέσει μια από τις εξαιρετικά κόκκινες συσκευές με κουκκίδες που θυμίζουν σκούφο κολυμβητή. Από εκεί, τα ηλεκτρόδια συγκεντρώνονται και μεταφέρουν τη νευρική δραστηριότητα στο πρόσφατα δημιουργημένο λογισμικό αποκωδικοποίησης της ερευνητικής ομάδας κατά τη διάρκεια της εκπαίδευσης. Χάρη στις δυνατότητες μηχανικής εκμάθησης του προγράμματος, οι προγραμματιστές απέφυγαν τη χρονοβόρα, εξατομικευμένη εκπαίδευση που συνήθως απαιτείται για τη βαθμονόμηση άλλων τεχνολογιών BCI για κάθε μεμονωμένο χρήστη.

Σε μια περίοδο πέντε ημερών, 18 υποκείμενα της δοκιμής έμαθαν αποτελεσματικά να οραματίζονται διανοητικά να παίζουν τόσο ένα παιχνίδι αγώνων αυτοκινήτου όσο και ένα απλούστερο πρόγραμμα εξισορρόπησης μπαρ χρησιμοποιώντας τη νέα μέθοδο προπόνησης. Ο αποκωδικοποιητής ήταν τόσο αποτελεσματικός, στην πραγματικότητα, που οι χρήστες μπορούσαν να προπονηθούν τόσο στο μπαρ όσο και στα αγωνιστικά παιχνίδια ταυτόχρονα, αντί για ένα κάθε φορά. Στην ετήσια διάσκεψη South by Southwest τον περασμένο μήνα, η ομάδα του UT Austin πήγε τα πράγματα ένα βήμα παραπέρα. Κατά τη διάρκεια μιας επίδειξης, εθελοντές φόρεσαν το φορετό BCI και στη συνέχεια έμαθαν να ελέγχουν ένα ζευγάρι ρομπότ αποκατάστασης χεριών και βραχιόνων μέσα σε λίγα μόνο λεπτά.

Μέχρι στιγμής, η ομάδα έχει δοκιμάσει το ανώτατο όριο BCI μόνο σε άτομα χωρίς κινητικές αναπηρίες, αλλά σχεδιάζει να επεκτείνει τις ικανότητες του αποκωδικοποιητή τους ώστε να συμπεριλάβει χρήστες με αναπηρίες.

«Από τη μία πλευρά, θέλουμε να μεταφράσουμε το BCI στην κλινική σφαίρα για να βοηθήσουμε τα άτομα με αναπηρίες», δήλωσε ο José del R. Millán, συν-συγγραφέας της μελέτης και καθηγητής Ηλεκτρολογίας και Μηχανικής Υπολογιστών UT. «Από την άλλη, πρέπει να βελτιώσουμε την τεχνολογία μας για να την κάνουμε πιο εύκολη στη χρήση, ώστε ο αντίκτυπος για αυτά τα άτομα με αναπηρία να είναι ισχυρότερος». Η ομάδα του Millán εργάζεται επίσης για να ενσωματώσει παρόμοια τεχνολογία BCI σε ένα αναπηρικό καροτσάκι.