Kontrolowanie maszyn za pomocą myśli możliwe dzięki ultradźwiękom 23.03.2021

Dotychczas najczęstszą drogą połączenia komputera z mózgiem były małe przewody, których aplikacja nierzadko okazywała się dość inwazyjna. 

W listopadzie ubiegłego roku pisaliśmy na łamach Papaya.Rocks o projekcie australijskich i amerykańskich naukowcach, którzy postawili krok milowy w pracach nad wydajnym interfejsem łączącym mózg i komputer. Badacze opracowali prototyp rozszerzalnej, sprężystej rurki nazywanej stentem, na której zostały zamontowane elektrody. Tak skonstruowany przedmiot przewlekli przez naczynia krwionośne prowadzące do mózgu. Został on wprowadzony do ciała pacjenta przez umiejscowiony na żyle szyjnej cewnik. Okazało się, że rozwiązanie przetestowane na osobach borykających się ze stwardnieniem zanikowym bocznym (ALS) zdało pierwsze testy i już wkrótce może pojawić się w szerszym obiegu. 

Kolejną przełomową drogą do stworzenia tzw. BCI (brain-computer interface) mogą okazać się nieinwazyjne ultradźwięki. – Dodanie ich do zestawu istniejących narzędzi może być czymś spektakularnym – nie szczędzi pochwał neurolożka z Uniwersytetu Stanforda, Krishna Shenoy. Ultradźwięki były od dawna wykorzystywane w diagnostyce narządów wewnętrznych, jednak dopiero niedawno zaczęto szukać dróg ich zastosowania w obrazowaniu mózgu. Podobnie jak funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI) mierzą zmiany w przepływie krwi wskazujące na to, kiedy neurony są aktywne i wydatkują energię. Badanie z ich użyciem nie wymaga jednak konieczności leżenia uczestników w bezruchu. 

Choć technika nadal zakłada usunięcie niewielkiego fragmentu czaszki u człowieka, do jej zaimplementowania nie trzeba uszkadzać błon chroniących mózg. Funkcjonalne ultradźwięki odczytują sygnały z głęboko położonych rejonów, ale nie penetrują tkanki. Aby zbadać, na ile są skuteczne, badacze przeprowadzili eksperyment na dwóch małpach z gatunku makaków. W ich czaszkach zostały umieszczone niewielkie przetworniki o wielkości kostki domina. Urządzenie kierowało fale dźwiękowe w dół, do obszaru umiejscowionego w płacie ciemieniowym, który jest zaangażowany w planowanie ruchów i orientację przestrzenną. Następnie zwierzęta zostały poddane dwóm typom szkoleń. W pierwszym musiały skupiać wzrok na kropkach wyświetlanych na ekranach, a w drugim przesuwać w ich stronę rękę umieszczoną na joysticku. 

Algorytm przełożył dane z ultradźwięków na przypuszczenia dotyczące intencji małp. Okazało się, że był w stanie określić z dużą skutecznością (około 78%), kiedy zwierzęta przygotowywały się do ruchu. Zebrane w ten sposób informacje mogłyby znacząco wspomóc działanie sztucznych kończyn używanych przez sparaliżowane osoby. Jak podkreślają badacze, dużym wyzwaniem nadal pozostaje jednak ich wykorzystanie w czasie rzeczywistym. Zdekodowanie intencji człowieka musi być szybkie i jednoznaczne, na co nie pozwala jeszcze technologia. Więcej informacji dotyczących projektu zawarto na łamach specjalistycznego periodyku „Neuron”.