Rozhraní mozek-stroj: Co jsou to a jak fungují?

Představte si, že byste mohli ovládat robota nebo hrát videohru pouze pomocí své mysli. Zní to jako sci-fi, ale právě k tomu se již používají rozhraní mozek-stroj (BMI). Díky aplikacím od zábavy po medicínu mohou BMI změnit svět technologií, jak ho známe. Ale co to vlastně je? A jak fungují?

Tento článek se bude zabývat vším o rozhraních mozek-stroj, včetně aktuálních příkladů, jak fungují a k čemu by mohly být BMI v budoucnu použity.

Co je rozhraní mozek-stroj?

Rozhraní mozek-stroj (BMI), také známá jako rozhraní mozek-počítač, jsou zařízení, která spojují váš mozek a externí zařízení. Mohou číst aktivitu lidského mozku a sdělovat tyto informace přímo do počítačového systému. BMI může například pomoci pacientovi ovládat robotickou protézu. Nebo by to mohlo uživateli umožnit psát do textového procesoru pouze pomocí svých myšlenek.

BMI mohou být invazivní nebo neinvazivní. Invazivní BMI vyžaduje chirurgický zákrok a obvykle zahrnuje umístění elektrod přímo pod pokožku hlavy pro přesnější komunikaci mozkových signálů. Na druhou stranu neinvazivní BMI jsou umístěny nad hlavu bez operace a čtou elektrickou aktivitu vašeho mozku. Temnější stránkou je, že velká část této činnosti je tlumena lebkou, takže neinvazivní BMI jsou často méně silné.

Jak fungují rozhraní mozek-stroj?

Když přemýšlíme, naše mozky produkují elektrické signály vysílané mozkovými buňkami (známými jako neurony). Tyto elektrické signály mohou být zachyceny a interpretovány zdravotnickými zařízeními a ve skutečnosti se to provádí po celá desetiletí k diagnostice stavů mozku.

Tyto dvě metody se nazývají elektroencefalografie (EEG) a elektromyografie (EMG). EEG interpretuje elektrické signály z mozku, zatímco EMG interpretuje tyto signály ze svalů.

K diagnostice stavů mozku se hodnoty EEG a EMG porovnávají s „normální“ mozkovou aktivitou, přičemž chorobné stavy vytvářejí určité vzorce v elektrické aktivitě mozku. Nyní jsme však schopni jít ještě dále.

Nedávné pokroky znamenají, že můžeme získat více informací o mozkové činnosti, včetně emočních stavů, pohybů nebo akcí, které se chystáte provést, a dokonce i konkrétních myšlenek.

Algoritmy strojového učení mohou určit, jak tyto konkrétní stavy „vypadají“ (pokud jde o jejich elektrickou aktivitu). Tyto algoritmy dostávají řádky dat EEG a EMG z kontrolovaných experimentů a objevují se vzorce mozkové aktivity. Mozková aktivita je poté monitorována a analyzována v reálném čase, aby se určily konkrétní mentální stavy nebo akce (například „pohyb doleva“).

Aktuální příklady BMI

Existuje několik aktuálních příkladů BMI, z nichž mnohé se navzájem velmi liší. Protože existuje obrovský potenciál pro to, co je možné s BMI, mnoho z nich je navrhováno souběžně ve zcela jiných oblastech. Některé BMI se používají především pro lékařské účely, aby umožnily osobám se zdravotním postižením znovu chodit nebo ovládání zařízení bez použití rukou. Jiné jsou určeny pro hraní her a volnočasové aktivity.

Kochleární implantáty

Kochleární implantáty nejsou tím, co by mnoho lidí při zmínce o BMI zvažovalo, ale ve skutečnosti jsou jednou z prvních technologií, které propojily mozek uživatele se strojem. Fungují tak, že poskytují hluk těm, kteří jsou hluší nebo téměř hluší. Implantát se chirurgicky umístí pod kůži uživatele, pomocí mikrofonu zachytí okolní zvuk, poté zvuk zesiluje a přenáší pomocí elektrických impulsů do mozku uživatele.

Múza

Múza je „snímací čelenka“, která dokáže detekovat emocionální stavy nositele. Startupová společnost má programy zaměřené na wellness zaměstnanců. Zaměstnanec nosí čelenku a může na základě zpětné vazby z čelenky zvládat úroveň stresu a produktivitu.

Ovládání dronu

Celou cestu zpět v roce 2015 vyvinuli vědci z Floridské univerzity čelenka BMI, která by uživateli umožnila ovládat dron směrově pomocí vlastní mysli.

Neurabilní

V roce 2017 Neurabilní vydala hru proof-of-concept, která byla únikovou místností ovládanou BMI. Hráči si nasadili náhlavní soupravu VR a unikli z místnosti pouze pomocí svých myšlenek. Neurable plánuje vyvinout produkty, které vám umožní ovládat váš smartphone (například přeskakování nebo pozastavování skladeb) prostřednictvím vaší mysli.

Slavná společnost Elona Muska Neuralink je příkladem invazivního BMI. Pomocí chirurgicky implantovaných „vláken“ si Neuralink klade za cíl propojit mozek s počítačem prostředky ultravysoké šířky pásma. Konečným cílem Neuralink je pomoci lidem překonat tradiční systémy umělé inteligence. Neuralink již byl testován (skvěle) u opičího pacienta a opice to dokázala hrajte Pong čistě přemýšlením.

Mezi další příklady aktuálně vyvíjených BMI patří Kernel, NextMind, Neurosity a Nectome.

K čemu budou BMI použity v budoucnosti?

Jednou z aplikací BMI je poskytnout uživateli zpětnou vazbu o jeho duševních stavech. Například BMI by mohl detekovat vysokou úroveň ospalosti nebo nepozornosti a poskytovat varování ve vysoce rizikových prostředích, jako je řízení nebo používání nebezpečných strojů. BMI by mohl být také použit k regulaci emocí nebo dokonce ke snížení bolesti, což má pro armádu několik potenciálních využití.

BMI také mají desítky potenciálních aplikací v medicíně. Mohly by být například použity pro amputované osoby k ovládání pokročilých protetik nebo k léčbě neurologických stavů, jako je Alzheimerova nebo Parkinsonova choroba.

Ve spotřebitelském prostoru by BMI mohly být použity pro nesčetné věci. Uživatelé mohli ovládat své chytré domácnosti myslí, zapínat a vypínat světla, přepínat kanály nebo dokonce nechat automaticky generovat seznamy skladeb na základě jejich nálad. Nepochybně bude ve virtuální realitě a dalších hrách obrovský prostor pro BMI, kde je používání ovladačů jednou z posledních překážek úplného ponoření.

BMI: Kontrola mysli

Rozhraní mozek-stroj bude bezpochyby v budoucnu k dispozici, víceméně přesně tak, jak jsou znázorněna ve sci-fi filmech. Ve skutečnosti je mnoho z nich již komerčně dostupných a mají schopnosti, které mohou daleko rozšířit lidský mozek. Jednoho dne již nebudete muset mačkat tlačítka nebo psát příkazy. Budete moci vstoupit do svého domu, zapnout a vypnout světla a hrát hry ve virtuální realitě, aniž byste museli používat ruce.

When Tech Meets Biology: 6 Medical Technologies Shaping the Future of Healthcare

Budete ohromeni některými technologiemi na záchranu života, které se chystají zasáhnout vaše místní zdravotnická zařízení.

Číst dále

O autorovi