Ce trebuie să știți despre tehnologia controlată de minte

Sursa: Thinkstock

Controlul unui obiect sau al unui joc video cu mintea sună ca ceva dintr-un film science fiction, dar gadgeturile care traduc undele creierului în comenzi care controlează un computer sunt deja o realitate. Tehnologia controlată de minte utilizează o interfață creier-computer pentru a stabili o cale de comunicare între creierul utilizatorului și un dispozitiv extern. Are potențialul de a mări sau chiar repara auzul, vederea sau mișcarea deteriorată a pacienților. Senzorii EEG au fost încorporați în sistemele de jocuri care permit unui jucător să controleze ceea ce se întâmplă pe ecran cu un set cu cască, exoscheletele controlate de EEG transpun semnalele creierului utilizatorilor în mișcări, iar electrozii implantați permit pacienților să controleze membrele bionice.



Tehnologia controlată de minte la care lucrează cercetătorii astăzi a început în anii 1920, când cercetătorii au descoperit activitatea electrică a creierului uman și au dezvoltat electroencefalografia (EEG), practica de a înregistra acea activitate electrică de-a lungul scalpului. Cercetătorii au descoperit că neuronii transmit informații prin „vârfuri” electrice, care pot fi înregistrate cu un fir subțire de metal sau cu un electrod. În 1969, un cercetător pe nume Eberhard Fetz conectase un singur neuron în creierul maimuței la un cadran pe care animalul îl putea vedea. Maimuța a învățat să facă focul neuronului mai rapid pentru a muta cadranul pentru a obține o recompensă și, în timp ce Fetz nu și-a dat seama atunci, el a creat prima interfață creier-mașină.



Acum 30 de ani, fiziologii au început să înregistreze de la mulți neuroni la animale și au descoperit că, în timp ce întreaga cortexă motorie se aprinde cu semnale electrice atunci când un animal se mișcă, un singur neuron tinde să tragă cel mai rapid în legătură cu anumite mișcări. Dacă înregistrați semnale de la destui neuroni, puteți face o idee bruscă a mișcării pe care o persoană o face sau intenționează să o facă. Cercetătorii au dezvoltat algoritmi pentru a reconstrui mișcările formând neuroni ai cortexului motor, iar în 1980, Apostolos Georgopoulos a găsit o relație între răspunsul electric al neuronilor singuri și direcția în care au mișcat brațele. De la mijlocul anilor 1990, cercetătorii au reușit să capteze semnale complexe ale cortexului motor înregistrate din grupuri de neuroni și să le utilizeze pentru a controla dispozitivele electronice, construind interfețe creier-computer care permit ceea ce am numi tehnologie controlată de minte.

În timp ce EEG a apărut ca o modalitate promițătoare pentru pacienții paralizați de a controla dispozitive precum computere sau scaune cu rotile - purtând o șapcă și urmează antrenament pentru a învăța să controleze un dispozitiv precum un scaun cu rotile, imaginându-și că se mișcă o parte a corpului lor sau declanșează. comenzi cu sarcini mentale specifice - Revizuirea Tehnologiei MIT a raportat în 2010 că unii cercetători au observat că EEG are o precizie limitată și poate detecta un număr limitat de comenzi. Menținerea exercițiilor mentale în timp ce încercați să manevrați un scaun cu rotile în jurul unui mediu complex poate fi obositoare, iar concentrația necesară creează semnale mai zgomotoase care pot fi mai dificil de interpretat de un computer. Așadar, unii experimentează controlul comun, care combină controlul creierului cu inteligența artificială pentru o altă tehnică care poate ajuta la transformarea semnalelor brute ale creierului în comenzi mai complicate. Odată cu controlul comun, pacienții ar trebui să instruiască continuu un scaun cu rotile pentru a merge mai departe. Nu ar trebui decât să gândească comanda o singură dată, iar software-ul ar prelua de acolo.

Anul trecut, MIT’s Technology Review a raportat un studiu în care o femeie paralizată și-a folosit mintea pentru a controla un braț robotizat. Jan Scheuermann, o femeie diagnosticată cu o boală numită degenerare spinocerebelară, a suferit o intervenție chirurgicală în care medicii au folosit o armă cu aer pentru a trage două paturi de ace de siliciu, numite tabloul de electrozi Utah, în cortexul motorului, banda subțire a creierului care rulează deasupra capului până la maxilare și controlează mișcarea voluntară. Implanturile îi permit să fie conectată la un braț robotizat pe care îl controlează cu mintea la Universitatea din Pittsburgh, unde îl folosește pentru a muta blocuri, a stiva conuri sau a da cinci înalte.



Matricea de electrozi Utah înregistrează de la populații mici de neuroni pentru a furniza semnale pentru o interfață creier-calculator. Într-un tablou Utah semnalele sunt primite numai de la vârfurile fiecărui electrod, ceea ce limitează cantitatea de informații care pot fi obținute la un moment dat. Dar cei 192 electrozi de pe implanturile lui Scheuermann au înregistrat mai mult de 270 de neuroni simultan, ceea ce este cel mai măsurat la un moment dat din creierul unui om.

Cercetătorii din cazul lui Scheuermann și-au demonstrat abilitățile cu testul de acțiune braț de cercetare, folosind același kit de blocuri de lemn, marmură și cupe pe care medicii le folosesc pentru a evalua dexteritatea mâinilor. Ea a marcat 17 din 57 - la fel de bine cu cineva cu un accident vascular cerebral sever - în timp ce fără brațul robot, ea ar fi obținut un zero. Dar unele dintre deficiențele tehnologiei au devenit evidente, iar controlul brațului a devenit mai greu pe măsură ce implanturile nu mai înregistrează în timp. Creierul este un mediu ostil pentru electronică, iar mișcările tabloului pot acumula țesutul cicatricial în timp. În timp, mai puțini neuroni pot fi detectați.



Scheuermann este unul dintre aproximativ 15 până la 20 de pacienți paralizați în studiile pe termen lung asupra implanturilor care pot transmite informații de la creier către un computer. Nouă alții au fost supuși unor teste similare într-un studiu asociat, numit BrainGate, iar patru pacienți „blocați”, care nu sunt capabili să se miște sau să vorbească, au recăpătat o anumită capacitate de comunicare datorită unui alt tip de electrod dezvoltat de o companie numită Neural. semnale.

hărțuire meteorologică Michael

În 2011, Administrația Alimentelor și Medicamentelor din Statele Unite a declarat că își va desfășura regulile pentru testarea „tehnologiilor cu adevărat pioniere” precum interfețele creier-mașină, iar mai mulți cercetători au întreprins experimente umane. Cercetătorii de la Caltech doresc să ofere pacientului „control autonom asupra sistemului de operare Google Android tablet”, iar o echipă de la Universitatea de Stat din Ohio, în colaborare cu firma de cercetare și dezvoltare Battelle, intenționează să utilizeze semnalele creierului unui pacient pentru a controla stimulatorii atașați Arm într-un proces pe care Battelle îl descrie ca „reanimarea unei membre paralizate sub control voluntar de către gândurile participantului.”

Aceste studii se bazează pe faptul că înregistrarea activității electrice a câtorva zeci de celule din creier poate oferi o imagine destul de exactă a modului în care cineva intenționează să miște un membre, iar o mare parte a tehnologiei este încă experimentală. John Donoghue, un neuroștiințific al Universității Brown, care conduce studiul BrainGate, compară interfețele creier-mașină de astăzi cu primele stimulatoare cardiace, care se bazau pe cărucioare de electronice și fire folosite perforate prin piele în inimă. Unele erau manivelate. Donoghue explică: „Când nu știi ce se întâmplă, păstrezi cât mai mult pe exterior și cât mai puțin pe interior.” Pacemaker-urile de astăzi sunt de sine stătătoare, alimentate de o baterie de lungă durată și instalat în cabinetul medicului, iar Donoghue spune că interfețele creier-mașină încep o traiectorie similară.

Oamenii de știință au construit de-a lungul anilor decodificatori mai buni și mai buni - software pentru interpretarea semnalelor neuronale, ceea ce le-a permis să experimenteze cu scheme de control mai ambițioase. Cercetătorii trebuie să creeze o interfață care să dureze 20 de ani. Rezolvarea acestei probleme ar permite mii de pacienți să controleze scaunele cu rotile, cursoarele de calculator sau chiar propriile membre. Cercetătorii lucrează pentru a dezvolta electrozi ultratinici, pentru a crea versiuni care sunt mai compatibile cu corpul uman sau pentru a crea foi de electronice flexibile care ar putea înfășura în partea de sus a creierului.

Noile dispozitive medicale vor trebui să fie sigure, utile și viabile din punct de vedere economic - cerințe pe care interfațele creier-mașină nu le îndeplinesc în prezent. Încă nu este clar exact ce formă ar trebui să ia un produs potențial. Produsul la nivel înalt pe care îl au cei mai mulți cercetători în minte este o tehnologie care ar face viața mai ușoară pentru quadriplegici. Dar în SUA există doar aproximativ 40.000 de pacienți cu quadriplegia completă și mai puțini cu ALS avansat. Dar unii cred că tehnologia poate avea aplicații mai largi, cum ar fi contribuirea la reabilitarea pacienților cu AVC. Și unele tehnologii de înregistrare ar putea fi utile pentru înțelegerea bolilor psihiatrice, cum ar fi depresia sau tulburarea obsesivă compulsivă.

Este posibil ca îmbunătățirea interfețelor creier-calculator să implice îmbunătățirea nu numai a tehnologiei, ci a creierelor persoanelor care o utilizează. În septembrie, un studiu realizat de cercetătorii de la Universitatea din Minnesota a descoperit că persoanele care practică yoga și meditația pe termen lung pot învăța să controleze un computer cu mintea lor mai rapid și mai eficient decât persoanele cu puțină sau deloc experiență de yoga sau meditație. După cum a raportat Science Daily la acea vreme, studiul a implicat 36 de participanți: 24 care au avut puțin sau deloc experiență de yoga sau meditație și 12 care au avut cel puțin un an de experiență în practicarea yoga sau meditație de cel puțin două ori pe săptămână timp de o oră.

Ambele grupuri de participanți au fost noi pentru sistemele care folosesc creierul pentru a controla un computer și ambele au participat la trei experimente de două ore în care au purtat o șapcă „de înaltă tehnologie, non-invazivă” care a ridicat activitatea creierului. Li sa cerut să mute un cursor al calculatorului pe un ecran imaginându-și mișcări ale mâinii stângi sau drepte. Cercetătorii au descoperit că participanții cu experiență de yoga sau meditație au fost de două ori mai susceptibili să poată finaliza sarcina de interfață creier-calculator până la sfârșitul a 30 de încercări și au învățat de trei ori mai rapid decât omologii lor pentru experimente cu mișcarea cursorului stânga-dreapta. .

Cercetătorul principal al studiului a fost Bin He, profesor de inginerie biomedicală la Universitatea din Minnesota, Colegiul de Științe și Inginerie și director al Institutului Universității pentru Inginerie în Medicină, care a atras atenția internațională în 2013, când membrii echipei sale de cercetare au putut să controleze un robot care zboară cu mintea lor. Cu toate acestea, au descoperit că nu toată lumea poate învăța la fel de ușor să controleze un computer cu creierul lor, iar mulți nu au reușit chiar și după mai multe încercări.

Următorul pas pentru El și echipa sa de cercetare este să studieze de-a lungul timpului un grup de participanți care practică yoga sau meditația, pentru a vedea dacă abilitatea lor de a controla interfața creier-calculator se îmbunătățește. „Scopul nostru final este de a ajuta persoanele paralizate sau care au boli ale creierului să recupereze mobilitatea și independența”, a spus el. „Trebuie să analizăm toate posibilitățile pentru a îmbunătăți numărul de persoane care ar putea beneficia de cercetarea noastră.”

Mai multe de la Tech Cheat Sheet:

  • Acest nou tip de plan de date ieftine poate afecta neutralitatea netă
  • Cine construiește mașina electrică Apple?
  • 43 de lideri de top care au dus tehnologia în epoca modernă