Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

Jeden z typowych motywów fantastycznonaukowych – sterowanie komputerem i innymi urządzeniami za pomocą samego umysłu – staje się stopniowo faktem. Badacze z Uniwersytetu Teksańskiego w Austin stworzyli interfejs, który umożliwia sterowanie komputerem za pomocą mózgu. W przeciwieństwie do wcześniejszych podobnych projektów, ten ma cechy uniwersalne, to znaczy nie wymaga długotrwałego i zaawansowanego dostosowywania do każdego użytkownika i tego, jak działa jego mózg. To ważne osiągnięcie przede wszystkim ze względu na wsparcie osób z niepełnosprawnościami. Swój wynalazek badacze oczywiście wypróbowali na grach komputerowych.

Nie jest to rzecz jasna pierwszy tego typu wynalazek. Urządzenia i oprogramowanie do sterowania za pomocą odczytywania aktywności mózgu było już wielokrotnie projektowane i tworzone. To, co odróżnia wynalazek naukowców z Teksasu to uniwersalna dostępność osiągnięta dzięki włączeniu uczenia maszynowego. Wcześniejsze urządzenia wymagały zawsze długotrwałej kalibracji dla każdego użytkownika, zarówno w pełni zdrowego jak i cechującego się jakąś niepełnosprawnością – każdy mózg jest inny. Opracowane teraz rozwiązania pozwala na szybkie przeanalizowanie działania indywidualnego podmiotu i samo się kalibruje poprzez powtarzane próby. Dzięki temu z pomocy jednego urządzenia będzie mogło skorzystać wiele osób.

Badania będące podstawą wynalazku opisano w artykule opublikowanym w czasopiśmie „PNAS Nexus”.

Urządzenie działa następująco: użytkownik zakłada czepek wyposażony w elektrody, które podłączone są do komputera. Elektrody pozyskują dane, mierząc sygnały elektryczne pochodzące z mózgu, a odpowiedni dekoder interpretuje te informacje i przekłada je na akcje w grze.

Zaprojektowano dwa testowe działania – sterowanie pojazdem w grze wyścigowej i prostsze zadanie, polegające na wyrównaniu cyfrowego paska z lewej i prawej strony. To drugie zadanie było podstawą szkolenia, w którym przygotowana osoba (członek zespołu badawczego) kalibrowała „dekoder”, który nauczył się rozpoznawać fale mózgowe i przetwarzać je w polecenia dla komputera. Stał się on podstawą do samodzielnego kalibrowania się urządzenia, kiedy posłużą się nim inni użytkownicy.

Okazało się, że dekoder działał na tyle dobrze, że badani użytkownicy radzili sobie zarówno z prostym zadaniem wyrównywania pasków, jak i z grą wyścigową, wymagającą planowania i myślenia na kilka kroków do przodu.

W projekcie wzięło udział 18 uczestników nieposiadających zaburzeń motorycznych, czyli takich, którzy mogą też własnoręcznie obsłużyć komputer. Planowany jest kolejny etap badań, w którym zaangażuje się osoby z ograniczeniami motorycznymi.

–  Z jednej strony chcemy już przenieść nasz wynalazek na etap badań klinicznych z osobami z różnymi niepełnosprawnościami, ale z drugiej, chcemy jeszcze rozwinąć naszą technologię, żeby uczynić ją jeszcze bardziej przydatną i odpowiednią – opowiada prof. José del R. Millán z Cockrell School of Engineering's Chandra Family Department of Electrical and Computer Engineering, w którego laboratorium prowadzono badania.

Równolegle z przedstawionym tu wynalazkiem zespół prof. Millána pracuje też nad wózkiem inwalidzkim, którego użytkownicy będą mogli jeździć właśnie przy użyciu podobnego interfejsu mózg-komputer. Swój wynalazek pokazywali już kilkukrotnie na różnych konferencjach i festiwalach naukowych i zawsze budził duże zainteresowanie.

Badania: Satyam Kumar et al, Transfer learning promotes acquisition of individual BCI skills, PNAS Nexus (2024). DOI: 10.1093/pnasnexus/pgae076

Opracowano na podstawie artykułu Universal brain-computer interface lets people play games with just their thoughts opublikowanego na portalu TechXplore, przygotowanego przez Uniwersytet Teksański.