BRAIN – MACHINE INTERFACE/BRAIN – COMPUTER INTERFACE
agy – gép interfész
A Brain – Machine Interface (BMI) egy olyan eszköz, ami lehetővé teszi az egyének számára, hogy agyi jeleik segítségével eszközöket vezéreljenek vagy szoftverekkel közvetlen módon kommunikáljanak.
Az ilyen típusú eszköz fejlesztésének célja elsősorban, hogy segítsen a mozgássérült vagy bénultságban, neurológiai rendellenességekben szenvedőknek.
AZ EMBER ÉS A GÉP KOMMUNIKÁLÁSA
Az ember
A világon minden atomokból áll. Az atomok protonokból, neutronokból és elektronokból. A protonok pozitív, a neutronok semleges, míg az elektronok negatív töltésűek. Az atom negatív vagy pozitív töltésű lesz, amikor alkotói nincsenek egyensúlyban. Emiatt a töltéskülönbség miatt áramolnak az elektronok, amik létrehozzák az elektromosságot.
Emlékszel a VÁKUUM AZ ŰRBEN cikkre? A vákuum egyenlő a majdnem légüres térrel.
„A majdnem légüres tér odakint annyit tesz, hogy a galaxisok között köbméterenként kevesebb, mint egy darab atom van. Kevesebb, mint 1 darab…
Egy átlagos felnőtt emberi testet körülbelül 7 000 000 000 000 000 000 000 000 000 atom alkot.
7 billió billió billió atom. Vagy 7 oktillion. =) Egy emberi testnyi területen…”
Az emberi test elektromos jeleket használ a kommunikáláshoz, mozgáshoz, gondolkodáshoz. Ez az idegrendszeren belül létrejövő elektromossággal működik.
Amikor nyúlunk a pohárért, sétálunk, az agyunk küld jeleket az izmainknak az idegeken keresztül. Ebben az esetben például agyunk egyik idegsejtjéről a gerincvelőben lévő másikra, onnan az izmokra. Ezek a jelek teljes mértékben elektromos jelek, amik – normál esetben – annyira gyorsan érnek célba a megfelelő területre, hogy például azonnal elrántjuk a kezünket, amikor megégetjük azt. Mert ahogyan agyunk üzeneteket küld, úgy fogad is, reagál a beérkező impulzusokra is. Testünk elektromos impulzusai másodpercenként akár 120 métert is képesek megtenni.
Agyunk természetes energiaforrása egyébként a glükóz, amit csak külső forrásból tudunk a szervezetünkbe juttatni.
A szívünk dobbanásához szükséges elektromos jeleket – amit a jobb pitvar falában a szinuszcsomó generál – EKG – val vagyunk képesek mérni. Az EEG – vel (elektroenkefalogram) ugyanígy az agyi áramok mérésére vagyunk képesek.
A gép
A BMI eszközök lehetnek non – invazívak (EEG, MEG, MRI) , invazívak (mikroelektródasor), és akár részlegesen invazívak (ECoG – elektrocorticogramm – és endovaszkuláris) attól függően, hogy elektródáik milyen közel kerülnek magához az agyszövethez.
Invazív BMI: ezek az eszközök a szervezetbe vannak beültetve. Közvetlenül az agyfelszínre vagy az agyba vannak csatlakoztatva az elektródák, ezáltal minél pontosabban képesek agyunk jeleit közvetíteni. A legkockázatosabb a fertőzés, valamint a szervezet általi kilökés lehetősége miatt. Jelenleg csak súlyos egészségügyi problémákkal bíró személyeknél alkalmazható.
Nem invazív BMI: külső eszközök, ezáltal a legbiztonságosabbak. Például a leginkább úszósapkára hasonlító EEG, amit a fejbőr elektromos aktivitásának rögzítésére használunk. Az EEG az agy idegsejtjein belüli ionáramból eredő feszültségingadozásokat méri. Ez egyszerűbb megvalósítás, de néha alacsonyabb jelfelbontással jár.
Részlegesen invazív BMI: minimális beavatkozást igénylők.
A kommunikálás
A BMI – ok az agyi jelek rögzítésével, annak értelmezésével működnek, ezzel lehetővé téve a kommunikációt, külső eszközök vezérlését. A jelek feldolgozása, továbbítása függ a BMI kapcsolódási típusától – invazív, non – invazív – , szerkezeti felépítésétől.
A kapott nyers agyi jeleket feldolgozzák a releváns információk kinyerése érdekében. Ez magában foglalhat szűrést, erősítést és egyéb jelfeldolgozási technikákat. Például konkrét mozgásokat, cselekvéseket elképzelve a motoros képalkotással kapcsoltan a BMI képes értelmezni szándékunkat. A koncentrációt vagy fókuszt igénylő feladatoknál megkülönböztethető agyi jeleket is megtanulhatunk generálni.
Algoritmusok segítik a jelek elemzését és értelmezését, kiszűrve bizonyos agyi tevékenységekkel kapcsolatos mintákat, specifikus jellemzőket. A feldolgozott jelekből kinyert jellemzők specifikus agyi tevékenységeket jeleznek. Például bizonyos minták motoros képzetekkel, figyelemmel vagy más kognitív állapotokkal társulhatnak. A dekódoló algoritmusok a kivont funkciókat végrehajtható parancsokká alakítják át. Ez lehet például a kurzor mozgatása a számítógép képernyőjén, egy robotkar mozgatása vagy konkrét műveletek generálása a szoftverben. A felhasználó az agyi parancsai alapján kap visszajelzést. Ez a visszajelzés lehet vizuális, hallható vagy tapintható, az alkalmazástól függően. A BMI – k számos alkalmazással rendelkeznek, beleértve a bezárt szindrómában szenvedők kommunikációs segédeszközeit, a mozgássérültek számára kisegítő technológiát és az agyműködés tanulmányozására szolgáló kutatási eszközöket.
Összehangolás
A BMI – k képzést és kalibrálást igényelnek. A felhasználó meghatározott mentális feladatokat és tevékenységeket hajt végre, lehetővé téve a rendszer számára, hogy megtanulja és felismerje a kapcsolódó agyi jeleket.
A gépi tanulás, a jelfeldolgozás és a Mesterséges Intelligencia/Artificial Intelligence – MI/AI fejlődése hozzájárul a BMI – k pontosságának és megbízhatóságának javulásához.
NÉHÁNY VÁLLALAT
A folyamatban lévő kutatások célja a BMI képességek fejlesztése, hatékonyabbá, hozzáférhetőbbé és alkalmazhatóbbá tétele a különböző területeken, beleértve az egészségügyi ellátást és az ember – számítógép interakciót.
BrainGate
A BrainGate Inc. egy neurotechnológiával foglalkozó vállalat, amely az agyba ültetett mikroelektródák segítségével lehetővé teszi az emberek számára, hogy a saját gondolataikkal vezéreljenek külső eszközöket, például számítógépeket vagy robotkarokat. A cég élen jár abban, hogy a súlyosan mozgássérült egyéneknek lehetővé tegye a kommunikációt, az interakciót és a gondolati működést.
Kernel
A 2016 – ban alapított Kernel cég célja az emberi intelligencia fejlesztése fejlett neuroprotézisek kiépítésével. 2018-ban a Kernel világszínvonalú mérnökeiből és tudósaiból álló csapata megkezdte az időtartományos funkcionális közeli infravörös spektroszkópia nevű technológia fejlesztését, amely az első hardvertermékünk lett, a Kernel Flow. A Flow lehetővé teszi a fej természetes mozgását, a valós méréseket és a nagyszabású adatgyűjtést.
Emotiv
A 2011 – ben alapított Emotiv bioinformatikai vállalat EEG fejhallgatókat és szoftvereket gyárt agy-számítógép interfész alkalmazásokhoz, beleértve a játékokat, a kutatást és az egészségügyi ellátást. Küldetésük, hogy az egyéneket képessé tegyék arra, hogy megértsék saját agyukat, és globális szinten felgyorsítsák az agykutatást. Céljuk a kognitív teljesítmény nyomon követése, az érzelmek monitorozása és mindkettő szabályozása.
G.tec medical engineering GmbH
Az 1999 – ben alapított G.tech osztrák cég nagy teljesítményű agy-számítógép interfészeket és neurotechnológiákat fejleszt és gyárt invazív és non-invazív felvételekhez kutatási vagy klinikai célokra.
OpenBCI
A 2014 – ben alapított OpenBCI arról ismert, hogy nyílt forráskódú EEG hardvert és szoftvert fejleszt a bioérzékelés és az idegtudomány számára, és elősegíti az együttműködést és az innovációt a BMI közösségben.
CTRL – labs (Meta)
A 2019 – ben a Meta Platfroms (korábban Facebook) által felvásárolt CTRL – labs neurális interfész technológián dolgoztak, hogy értelmezzék a neurális jeleket és azokat cselekvésekké alakítsák át. A CTRL – labs technológiája és szakértelme beépült a Meta tágabb jövőképébe (Tech at Meta) az ember – számítógép interakcióhoz kapcsolódó technológiák fejlesztéseként, a virtuális és a kiterjesztett valóság tapasztalataival összefüggésben.
Neurotechnology
A Neurotechnology 2019 – ben alapított BrainAccess alcége non – invazív BMI – okat fejleszt ki, melyek EEG – vel dolgoznak. Termékeik olyan alkalmazások fejlesztésére használhatóak, amelyekben egy személy vezérel egy számítógépet vagy más eszközt olyan tevékenységeken keresztül, mint a szemmozgások, a vizuális fókusz, a relaxációs állapot vagy más olyan finom változások, amelyek a felhasználó EEG -jelmintáiban észlelhetők.
Synchron
A Synchron cég egy neurotechnológiai vállalat. Elsődleges terméke a Stentrode, egy kis beültethető eszköz, amelyet az agy közelében lévő erekbe kell helyezni. A Stentrode – ot arra tervezték, hogy rögzítse az idegi jeleket, és lehetővé tegye az agy és a külső eszközök közötti kommunikációt. Technológiája magában foglalja a neurális jelek dekódolását a felhasználói szándékok értelmezéséhez. A cél az, hogy a mozgássérült egyének visszanyerjék a kontroll és a függetlenség bizonyos fokát, segítse a neurológiai betegségekben szenvedőket. Minimálisan invazív implantációs technikát alkalmaznak. A Stentrode katéter alapú eljárással kerül a célterületre ereken keresztül, elkerülve a nyitott agyműtétet.
Neuralink
A legismertebb BMI – al foglalkozó vállalat talán az Elon Musk (1971. június 28 – ) által 2016 – ban alapított Neuralink. A cég küldetése olyan agy-számítógép interfészek fejlesztése, amelyek különféle agyi betegségeket kezelnek, végső cél egy olyan teljes agyi interfész létrehozása, amely képes szorosabban összekapcsolni a biológiai és a mesterséges intelligenciát. Különlegessége, hogy láthatatlan lenne, vezeték nélküli kapcsolaton keresztül történne az adatátvitel, nagy sávszélességen. Sokkal több elektródával (jelenleg 1024 csatorna) képes csatlakozni az agyhoz, mint bármelyik másik cég jelenleg fejlesztés alatt álló modellje. További célja csökkenteni a Mesterséges Intelligencia kockázatát az emberiség számára.
BMI ÉLESBEN
Mindez egyáltalán nem a távoli jövő aktualitása. A BMI története 1924 – ben kezdődött, amikor is Hans Berger (Németország, 1873. május 21 – Németország, 1941. június 1) német pszichológus felfedezte az emberi agy elektromos aktivitását EEG – n keresztül. A mélyrehatóbb BMI – kutatás azonban az 1970 – es években indult a Los Angeles – i Kaliforniai Egyetemen – UCLA. Élén Jacques Vidal professzorral, aki az „agy – számítógép interfész” kifejezést is megalkotta.
Az elsőktől
Az áttörés 1998 – ban történt, amikor Phillip Kennedy beültette az első invazív BMI – t emberbe. A legtöbb publikáció azonban első ilyen páciensként Matthew Nagle – t (1979. október 16 – 2007. július 24) említi, aki élsportoló volt, ám egy késelés során nyaktól lefelé lebénult. A 96 elektródából álló „Utah Array” névre keresztelt készüléket 2004. június 22 – én ültette be Gerhard Friehs idegsebész. Matt egy számítógépes kurzort vezérelhetett. Ennek segítségével például rajzolni is tudott a képernyőre (bár nem pontosan), televíziót volt képes bekapcsolni, csatornát váltani. Gyakorlatilag mindent megtehetett, amit gombok megnyomásával meg lehet tenni. Parancsokat is tudott küldeni egy külső protéziskéznek (zárás és nyitás).
Napjainkig
Már vannak a piacon olyan eszközök, amelyek lehetővé teszik a számítógépek és az emberi agy közötti interfészeket.
Például csak az Egyesült Államokban közel 200 000 embernek van cochleáris, azaz hallásjavító implantátuma. Ez egy kicsi, összetett elektronikus eszköz, amely segíthet hangérzetet adni egy mélyen süket vagy súlyosan hallássérült személynek. Az implantátum egy külső részből áll, amely a fül mögött helyezkedik el, és egy második részből áll, amelyet műtéti úton a bőr alá helyeznek. Az implantátum az alábbi részekből áll: mikrofon, beszédprocesszor, adó és vevő/stimulátor, amelyek a beszédprocesszortól érkező jeleket fogadják és elektromos impulzusokká alakítják át és egy elektródasor, amely elektródák csoportja, amely összegyűjti a stimulátor impulzusait, és elküldi azokat a hallóideg különböző régióiba.
Így tehát, szigorú szabályozások mellett világszerte, önkéntesek részvételével már egy ideje zajlanak az invazív BMI tesztek. Eddig alig néhány tucatnyian rendelkeznek BMI – al.
Legutóbb a Neuralink kapta meg az állatkísérletek után 2023. májusában az emberkísérletekre vonatkozó engedélyt. 2024. január 29 – én Elon Musk jelentette be, hogy az első beültetés emberbe, megtörtént.
Számtalan BMI technológia van fejlesztés alatt. Ahogy ezek a technológiák egyre inkább kiforrnak, fejlődnek, az etikával, politikával, jogalkotással kapcsolatos felmerülő kérdések minél pontosabb megvitatása világszerte sürgetőbbé válik.
A technológia nem démon, mi döntünk arról, hogyan használjuk.
A Jövő itt van. Egy ideje már azt építjük.
Be a Nerdy Bird!
