Brain-Machine-grænseflader: Hvad er de, og hvordan fungerer de?

Tænk, hvis du kunne styre en robot eller spille et videospil alene med dit sind. Det lyder som sci-fi, men det er præcis det, hjerne-maskingrænseflader (BMI'er) allerede bruges til. Med applikationer fra underholdning til medicin er BMI sat til at ændre teknologiens verden, som vi kender den. Men hvad er de egentlig? Og hvordan fungerer de?

Denne artikel vil dække alt om hjerne-maskingrænseflader, herunder aktuelle eksempler, hvordan de fungerer, og hvad BMI'er kan bruges til i fremtiden.

Hvad er et Brain-Machine-interface?

Hjerne-maskingrænseflader (BMI'er), også kendt som hjerne-computer-grænseflader, er enheder, der bygger bro mellem din hjerne og en ekstern enhed. De kan læse menneskelig hjerneaktivitet og kommunikere disse oplysninger direkte til et computersystem. For eksempel kan et BMI hjælpe en patient med at kontrollere en robotprotese. Eller det kan gøre det muligt for brugeren at skrive i et tekstbehandlingsprogram kun ved hjælp af deres tanker.

BMI'er kan enten være invasive eller ikke-invasive. Et invasivt BMI kræver kirurgi og involverer normalt elektroder direkte under hovedbunden for at kommunikere hjernesignaler mere præcist. På den anden side placeres ikke-invasive BMI’er over hovedet uden kirurgi og læser den elektriske aktivitet i din hjerne. Bagsiden er, at meget af denne aktivitet dæmpes af kraniet, så ikke-invasive BMI'er er ofte mindre kraftfulde.

Hvordan fungerer Brain-Machine-grænseflader?

Når vi tænker, producerer vores hjerner elektriske signaler sendt gennem hjerneceller (kendt som neuroner). Disse elektriske signaler kan opsamles og fortolkes af medicinsk udstyr, og faktisk er dette blevet gjort i årtier for at diagnosticere hjerneforhold.

De to metoder til at gøre dette kaldes elektroencefalografi (EEG) og elektromyografi (EMG). EEG fortolker elektriske signaler fra hjernen, mens EMG fortolker disse signaler fra muskler.

For at diagnosticere hjerneforhold sammenlignes EEG- og EMG -aflæsninger med "normal" hjerneaktivitet, hvor sygdomstilstande producerer særlige mønstre i hjernens elektriske aktivitet. Nu kan vi dog gå endnu længere.

Nylige fremskridt betyder, at vi kan hente mere information fra hjernens aktivitet, herunder følelsesmæssige tilstande, hvilke bevægelser eller handlinger du er ved at udføre og endda bestemte tanker.

Maskinlæringsalgoritmer kan bestemme, hvordan disse særlige tilstande "ser ud" (med hensyn til deres elektriske aktivitet). Disse algoritmer får dele af EEG- og EMG -data fra kontrollerede eksperimenter, og mønstre i hjerneaktivitet opdages. Hjerneaktivitet overvåges og analyseres derefter i realtid for at bestemme specifikke mentale tilstande eller handlinger (f.eks. "Flyt til venstre").

Aktuelle eksempler på BMI'er

Der er flere aktuelle eksempler på BMI'er, hvoraf mange er stort set forskellige fra hinanden. Fordi der er så stort potentiale for, hvad der er muligt med BMI'er, bliver mange designet samtidigt på helt andre områder. Nogle BMI'er bruges primært til medicinske formål, for at give handicappede mulighed for at gå igen eller til at styre udstyr uden brug af hænder. Andre er designet til spil og fritidsaktiviteter.

Cochleaimplantater

Cochleaimplantater er ikke, hvad mange mennesker ville overveje, når BMI'er nævnes, men de er faktisk en af ​​de første teknologier, der forbandt en brugers hjerne med en maskine. De arbejder ved at give lydsansen tilbage til dem, der er døve eller nærdøv. Implantatet placeres kirurgisk under brugerens hud, anvender en mikrofon til at opfange omgivende lyd, forøger og overfører derefter lyden via elektriske impulser til brugerens hjerne.

Muse

Muse er et "sansende hovedbånd", som kan detektere følelsesmæssige tilstande hos bæreren. Opstartsselskabet har programmer med fokus på medarbejdernes velvære. Medarbejderen bærer pandebåndet og kan styre deres stressniveau og produktivitet baseret på feedback fra hovedbåndet.

Drone kontrol

Helt tilbage i 2015 udviklede forskere fra University of Florida et BMI -pandebånd, der kunne lade brugeren styre en drone retningsbestemt ved hjælp af deres sind alene.

Neurable

I 2017, Neurable udgivet et proof-of-concept-spil, som var et BMI-kontrolleret flugtrum. Spillere tog et VR -headset på og undslap kun rummet ved hjælp af deres tanker. Neurable planlægger at udvikle produkter, der giver dig mulighed for at styre din smartphone (f.eks. Springe over eller sætte sange på pause) via dit sind.

Elon Musks berømte firma Neuralink er et eksempel på et invasivt BMI. Ved hjælp af kirurgisk implanterede "tråde" har Neuralink til formål at forbinde hjernen til en computer ved hjælp af ultrahøj båndbredde. Det endelige mål med Neuralink er at hjælpe mennesker med at overgå traditionelle kunstige intelligenssystemer. Neuralink er allerede testet (berømt) hos en abepatient, og aben kunne spille Pong udelukkende ved at tænke.

Andre eksempler på i øjeblikket under udvikling BMI'er inkluderer Kernel, NextMind, Neurosity og Nectome.

Hvad skal BMI'er bruges til i fremtiden?

En anvendelse af BMI'er er at give brugeren feedback om deres mentale tilstand. For eksempel kan et BMI detektere høje niveauer af døsighed eller uopmærksomhed og give advarsler i miljøer med høj risiko, såsom kørsel eller brug af farlige maskiner. Et BMI kan også bruges til at regulere følelser eller endda reducere smerter, hvilket har flere potentielle anvendelser for militæret.

BMI har også snesevis af potentielle anvendelser inden for medicin. For eksempel kan de bruges til amputerede til at kontrollere avanceret protese eller behandle neurologiske tilstande som Alzheimers eller Parkinsons sygdom.

I forbrugerrummet kunne BMI'er bruges til utallige ting. Brugere kunne kontrollere deres smarte hjem med deres sind, tænde og slukke lys, skifte kanal eller endda få afspilningslister automatisk genereret baseret på deres humør. Uden tvivl vil der være en enorm plads til BMI'er i virtual reality og andre spil, hvor brug af controllere er en af ​​de sidste barrierer for fuld nedsænkning.

BMI'er: Mind Control

Hjerne-maskine-grænseflader vil utvivlsomt eksistere i fremtiden på mere eller mindre den nøjagtige måde, de er afbildet i sci-fi-film. Faktisk er mange allerede kommercielt tilgængelige, som har kapaciteter, der langt kan forlænge den menneskelige hjerne. En dag behøver du ikke længere at trykke på knapper eller skrive kommandoer. Du kan gå ind i dit hus, tænde og slukke lys og spille spil i virtual reality uden overhovedet at bruge dine hænder.

When Tech Meets Biology: 6 medicinske teknologier, der former fremtidens sundhedspleje

Du vil blive overrasket over nogle af de livreddende teknologier, der er ved at ramme dine lokale sundhedsfaciliteter.

Læs Næste

Om forfatteren