Dołącz do czytelników
Brak wyników

inne , I

3 sierpnia 2016

Maszynka do przechwytywania myśli

42

Wtyczka do mózgu z filmu „Matrix”, optody odczytujące myśli z „Raportu mniejszości”, sterowanie potężnymi ramionami przez łącze umieszczone w rdzeniu kręgowym bohatera filmu „Spider-Man 2”... Te futurystyczne pomysły stały się szansą na pomoc dla pacjentów, którzy nie mogą komunikować się z otoczeniem.

Interfejsy mózg-komputer (ang. Brain-Computer Interfaces, BCI) już dzisiaj umożliwiają pisanie tekstów lub podstawowe sterowanie maszyną za pomocą świadomie generowanych fal mózgowych. To jedyna szansa na komunikację z otoczeniem dla pacjentów cierpiących na schorzenia prowadzące do zaniku kontroli nad mięśniami. Jednym z takich schorzeń jest stwardnienie zanikowe boczne (ang. Amyotrophic Lateral Sclerosis, ALS) – choroba, która niszczy część centralnego układu nerwowego odpowiedzialną za ruch. Chorzy stopniowo tracą kontrolę nad własnym ciałem. Po dwóch, trzech latach nie mogą w ogóle komunikować się z otoczeniem, skazani są na życie bez możliwości wyrażenia własnych potrzeb, opinii i emocji. Aktualny stan wiedzy pozwala już takim pacjentom porozumiewać się z otoczeniem za pomocą BCI. Mimo stosunkowo niewielkiej szybkości (typowo kilkanaście-kilkadziesiąt bitów, czyli kilka liter na minutę), w wielu przypadkach jest to jedyny sposób na możliwość kontaktu z otoczeniem. I choć na razie działanie tych interfejsów odbiega znacznie od futurystycznych filmowych wizji, to interesują się nimi również wojsko i producenci gier komputerowych. Na przykład firmy Emotiv Systems i NeuroSky reklamują już interfejsy do gier komputerowych, choć z filmów reklamowych wynika, że działanie tych interfejsów nie opiera się na bezpośrednim odczycie aktywności mózgu, lecz przede wszystkim mięśni czoła i ruchów gałek ocznych.

Mózg „na prąd”?
Istnieje wiele różnych technik „podglądania” czynności działającego mózgu, ale nie na wszystkich można oprzeć sensowny interfejs mózg-komputer. Spektroskopia bliskiej podczerwieni (ang. Near Infrared Spectroscopy, NIRS), czyli optody zaprezentowane w filmie „Raport mniejszości”, mierzą przepływ utlenionej hemoglobiny w wierzchnich warstwach mózgu. Zwiększone zapotrzebowanie na tlen jest wynikiem wzmożonej aktywności neuronów w danym obszarze, ale taki „głód” występuje z kilkusekundowym opóźnieniem, więc oparty na tym pomiarze interfejs działałby powoli i z opóźnieniem. Z kolei funkcjonalny rezonans magnetyczny (ang. functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI) pozwala zajrzeć „głębiej” niż NIRS, ale podlega tym samym opóźnieniom, i w dodatku wymaga bardzo drogiej aparatury o dużych rozmiarach, której nie da się „nosić ze sobą”. Inna metoda – magnetoencefalografia (ang. Magnetoencephalography, MEG), czyli pomiar pól magnetycznych generowanych przez mózg, jest już bezpośrednim pomiarem „śladu myśli”, ale wymaga aparatury podobnej do fMRI.

Naukowcom tworzącym interfejsy mózg-komputer pozostaje więc „stary, dobry elektroencefalogram”, czyli EEG. Pierwszy zapis elektroencefalogramu człowieka uzyskał – z powierzchni czaszki swego syna – w roku 1925 Hans Berger. Jego artykuł „Über das Elektrenkephalogramm des Menschen”, opublikowany w roku 1929, to klasyka elektroencefalografii klinicznej. Dziś technologia zapisu EEG zapewnia wystarczające próbkowanie w czasie i przestrzeni: nawet tysiące herców i do 130 obserwowanych jednocześnie odprowadzeń (elektrod na głowie). Natomiast jeszcze wiele do zrobienia pozostaje w dziedzinie analizy i interpretacji otrzymanych w ten sposób danych, gdyż na przykład w zastosowaniach klinicznych EEG podstawową metodą jest wciąż – pomimo ogromnego rozwoju matematyki i informatyki – analiza wzrokowa. Na pewno nie da się jej zastosować w interfejsach mózg-komputer, bowiem tu konieczne są metody automatyczne.

SOS do świata
Celem działania interfejsów mózg-komputer jest bezpośrednie sterowanie komputerem za pomocą mózgu. Odpowiednio zaprogramowany komputer umożliwia komunikację z otoczeniem bez pośrednictwa mięśni – poprzez pisanie tekstów lub sterowanie urządzeniami, np. włączenie i wyłączenie oświetlenia czy telewizora.
Głównym zastosowaniem BCI jest umożliwienie komunikacji ze światem zewnętrznym pacjentom w ciężkich stadiach takich chorób jak stwardnienie zanikowe boczne. Ta okrutna, neurodegeneracyjna choroba układu nerwowego niszczy część centralnego układu nerwowego odpowiedzialną za ruch, nie uszkadza natomiast czucia, zdolności poznawczych i intelektu. Pacjenci w tym stanie wykazują dużą wolę życia, a ich średnia ocena jakości życia jest znacznie wyższa niż powszechnie uważamy. W badaniach skali depresji pacjenci ze stwardnieniem zanikowym bocznym wypadają wprawdzie gorzej niż grupa kontrolna pacjentów zdrowych, ale znacząco lepiej od pacjentów depresyjnych bez żadnych fizycznych objawów paraliżu, i mieszczą się w przedziale normy. Podobnie wyglądają pomiary skali jakości życia.

Czynnikiem, który może przyspieszyć decyzję chorych o rezygnacji z korzystania z aparatury podtrzymującej oddychanie, jest właśnie strach przed całkowitym zamknięciem i brakiem jakiejkolwiek komunikacji z otoczeniem. W skrajnych stadiach stwardnienia zanikowego bocznego interfejs mózg-komputer może być jedyną nadzieją na jej zachowanie. Celem naukowców pracujących nad BCI jest całkowite uniezależnienie komunikacji z otoczeniem od resztkowej funkcjonalności mięśni, np. ruchów gałek ocznych czy kontroli oddechu. Takie niezależne interfejsy mózg-komputer (ang. independent BCI) są jedyną drogą komunikacji w skrajnych stadiach chorób, tzw. completely locked-in state. Nim on nastąpi, pacjent musi zdecydować się na podłączenie do systemu wymuszonego oddychania ze względu na zanik funkcji mięśni – także oddechowych. W przeciwnym razie umrze.

Odczytać intencję
Wśród BCI opartych na EEG najefektywniej działają trzy podstawowe wzorce:

• SSVEP (ang. Steady State Visual Evoked Potentials) – w których istotne jest koncentrowanie uwagi na symbolu migającym z częstotliwością odzwierciedlaną w EEG. Na przykład na matrycy cyfr 3x3 każda klatka miga z inną częstotliwością. Skoncentrowanie uwagi na jednej z cyfr powoduje pojawienie się w EEG odpowiadającej jej częstotliwości. Ten typ BCI zapewnia obecnie najszybszy transfer informacji wśród interfejsów wykorzystujących elektroencefalogram;

• P300 – bazujące na wykrywaniu potencjałów wywołanych przez podświetlenie, np. oczekiwanej litery. W tej metodzie najczęściej podświetlane są wiersz...

Ten artykuł dostępny jest tylko dla Prenumeratorów.

Sprawdź, co zyskasz, kupując prenumeratę.

Zobacz więcej

Przypisy