Brain-Machine Grensesnitt: Hva er de og hvordan fungerer de?

Tenk om du kunne kontrollere en robot eller spille et videospill med tankene dine alene. Det høres ut som sci-fi, men det er akkurat det hjerne-maskin-grensesnitt (BMI) allerede brukes til. Med applikasjoner fra underholdning til medisin, er BMI satt til å endre teknologiens verden slik vi kjenner den. Men hva er det egentlig? Og hvordan fungerer de?

Denne artikkelen vil dekke alt om hjerne-maskin-grensesnitt, inkludert nåværende eksempler, hvordan de fungerer, og hva BMI-er kan brukes til i fremtiden.

Hva er et hjerne-maskin-grensesnitt?

Hjerne-maskin-grensesnitt (BMI), også kjent som hjerne-datamaskin-grensesnitt, er enheter som bygger bro mellom hjernen din og en ekstern enhet. De kan lese menneskelig hjerneaktivitet og kommunisere denne informasjonen direkte til et datasystem. For eksempel kan et BMI hjelpe en pasient med å kontrollere en robotprotese. Eller det kan gjøre det mulig for brukeren å skrive inn i en tekstbehandler bare ved å bruke tankene sine.

BMI kan enten være invasiv eller ikke-invasiv. En invasiv BMI krever kirurgi og innebærer vanligvis å plassere elektroder direkte under hodebunnen for å kommunisere hjernesignaler mer nøyaktig. På den annen side plasseres ikke-invasive BMI over hodet uten kirurgi og leser hjernens elektriske aktivitet. Ulempen er at mye av denne aktiviteten dempes av skallen, så ikke-invasive BMI er ofte mindre kraftige.

Hvordan fungerer hjernemaskingrensesnitt?

Når vi tenker, produserer hjernen våre elektriske signaler sendt gjennom hjerneceller (kjent som nevroner). Disse elektriske signalene kan plukkes opp og tolkes av medisinsk utstyr, og faktisk har dette blitt gjort i flere tiår for å diagnostisere hjernesykdommer.

De to metodene for å gjøre dette kalles elektroencefalografi (EEG) og elektromyografi (EMG). EEG tolker elektriske signaler fra hjernen, mens EMG tolker disse signalene fra muskler.

For å diagnostisere hjerneforhold sammenlignes EEG- og EMG -avlesninger med "normal" hjerneaktivitet, med sykdomstilstander som produserer bestemte mønstre i hjernens elektriske aktivitet. Nå kan vi imidlertid gå enda lenger.

Nylige fremskritt betyr at vi kan hente mer informasjon fra hjernens aktivitet, inkludert følelsesmessige tilstander, hvilke bevegelser eller handlinger du skal utføre, og til og med bestemte tanker.

Maskinlæringsalgoritmer kan bestemme hvordan disse spesielle tilstandene "ser ut" (når det gjelder deres elektriske aktivitet). Disse algoritmene får deler av EEG- og EMG -data fra kontrollerte eksperimenter, og mønstre i hjerneaktivitet blir oppdaget. Hjerneaktivitet blir deretter overvåket og analysert i sanntid for å bestemme spesifikke mentale tilstander eller handlinger (for eksempel "gå til venstre").

Nåværende eksempler på BMI

Det er flere nåværende eksempler på BMI, hvorav mange er stort sett forskjellige fra hverandre. Fordi det er så stort potensial for hva som er mulig med BMI, blir mange designet samtidig på helt forskjellige felt. Noen BMI -er brukes først og fremst til medisinske formål, for å gjøre funksjonshemmede i stand til å gå igjen, eller for å kontrollere enheter uten bruk av hender. Andre er designet for spill og fritidsaktiviteter.

Cochleaimplantater

Cochleaimplantater er ikke det mange mennesker ville vurdere når BMI -er nevnes, men de er faktisk en av de første teknologiene som koblet en brukers hjerne til en maskin. De fungerer ved å gi lydsansen tilbake til de som er døve eller døve. Implantatet plasseres kirurgisk under brukerens hud, bruker en mikrofon for å fange opp omgivende lyd, forsterker og overfører deretter lyden via elektriske impulser til brukerens hjerne.

Muse

Muse er et "sansende hodebånd" som kan oppdage følelsesmessige tilstander hos brukeren. Oppstartsselskapet har programmer som fokuserer på ansattes velvære. Den ansatte bærer pannebåndet og kan håndtere stressnivået og produktiviteten basert på tilbakemelding fra pannebåndet.

Drone kontroll

Helt tilbake i 2015 utviklet forskere fra University of Florida et BMI -pannebånd som kunne la brukeren styre en drone retningsbestemt ved å bruke tankene sine alene.

Neurable

I 2017, Neurable ga ut et proof-of-concept-spill som var et BMI-kontrollert rømningsrom. Spillerne tok på seg et VR -headset og rømte bare rommet med tankene sine. Neurable planlegger å utvikle produkter som gjør at du kan kontrollere smarttelefonen din (for eksempel hoppe over eller sette sanger på pause) via tankene dine.

Elon Musks berømte selskap Neuralink er et eksempel på en invasiv BMI. Ved å bruke kirurgisk implanterte "tråder" har Neuralink til hensikt å koble hjernen til en datamaskin ved hjelp av ultrahøy båndbredde. Det endelige målet med Neuralink er å hjelpe mennesker overgå tradisjonelle kunstige intelligenssystemer. Neuralink har allerede blitt testet (berømt) hos en apepasient, og apen klarte det spill Pong rent ved å tenke.

Andre eksempler på BMI-er som er under utvikling inkluderer Kernel, NextMind, Neurosity og Nectome.

Hva skal BMI brukes til i fremtiden?

En anvendelse av BMI er å gi brukeren tilbakemelding om deres mentale tilstand. For eksempel kan et BMI oppdage høye nivåer av døsighet eller uoppmerksomhet og gi advarsler i høyrisikomiljøer, for eksempel kjøring eller bruk av farlige maskiner. En BMI kan også brukes til å regulere følelser eller til og med redusere smerter, som har flere potensielle bruksområder for militæret.

BMI har også dusinvis av potensielle anvendelser innen medisin. For eksempel kan de brukes til amputerte for å kontrollere avansert protese eller behandle nevrologiske tilstander som Alzheimers eller Parkinsons sykdom.

På forbrukerområdet kan BMI brukes til utallige ting. Brukere kan kontrollere sine smarte hjem med sinnet, slå på og av lys, bytte kanal eller til og med få spillelister automatisk generert basert på humøret. Utvilsomt vil det være en enorm plass for BMI -er i virtual reality og andre spill der bruk av kontrollere er en av de siste hindringene for full nedsenking.

BMI: Mind Control

Hjerne-maskin-grensesnitt vil utvilsomt eksistere i fremtiden, på mer eller mindre nøyaktig måte som de er avbildet i sci-fi-filmer. Faktisk er mange allerede kommersielt tilgjengelige som har evner som langt kan forlenge den menneskelige hjernen. En dag trenger du ikke lenger å trykke på knapper eller skrive kommandoer. Du vil kunne gå inn i huset ditt, slå lysene av og på og spille spill i virtual reality uten å bruke hendene i det hele tatt.

When Tech Meets Biology: 6 medisinske teknologier som former fremtiden for helsevesenet

Du vil bli overrasket over noen av livreddende teknologier som er i ferd med å treffe dine lokale helsefasiliteter.

Les neste

Om forfatteren