Aivojen ja koneiden rajapinnat: mitä ne ovat ja miten ne toimivat?

Kuvittele, jos voisit hallita robottia tai pelata videopeliä vain mielesi avulla. Se kuulostaa scifiltä, ​​mutta juuri tähän aivojen ja koneiden rajapintoja (BMI) käytetään. Viihteen ja lääketieteen sovellusten avulla BMI: t muuttavat tekniikan maailmaa sellaisena kuin me sen tunnemme. Mutta mitä ne oikein ovat? Ja miten ne toimivat?

Tämä artikkeli kattaa kaiken aivojen ja koneiden rajapinnoista, mukaan lukien nykyiset esimerkit, miten ne toimivat ja mihin BMI-arvoja voitaisiin käyttää tulevaisuudessa.

Mikä on aivojen ja koneiden rajapinta?

Aivojen ja koneiden rajapinnat (BMI), jotka tunnetaan myös nimellä aivojen ja tietokoneiden rajapinnat, ovat laitteita, jotka yhdistävät aivosi ja ulkoinen laite. He voivat lukea ihmisen aivotoimintaa ja välittää nämä tiedot suoraan tietokonejärjestelmään. Esimerkiksi BMI voisi auttaa potilasta hallitsemaan robottiproteesia. Tai se voi antaa käyttäjälle mahdollisuuden kirjoittaa tekstinkäsittelyohjelmaan käyttämällä vain ajatuksiaan.

Painoindeksit voivat olla joko invasiivisia tai ei-invasiivisia. Invasiivinen BMI vaatii leikkausta, ja siihen kuuluu yleensä elektrodien sijoittaminen suoraan päänahan alle aivosignaalien välittämiseksi tarkemmin. Toisaalta ei-invasiiviset BMI: t asetetaan pään päälle ilman leikkausta ja luetaan aivojesi sähköinen aktiivisuus. Haittapuoli on, että suuri osa tästä toiminnasta on kallovaimennusta, joten ei-invasiiviset BMI: t ovat usein vähemmän tehokkaita.

Miten aivojen ja koneiden rajapinnat toimivat?

Kun ajattelemme, aivomme tuottavat aivosolujen (neuronien) kautta lähetettyjä sähköisiä signaaleja. Nämä sähköiset signaalit voidaan noutaa ja tulkita lääketieteellisillä laitteilla, ja itse asiassa tämä on tehty vuosikymmenien ajan aivosairauksien diagnosoimiseksi.

Kahta tapaa tehdä tämä kutsutaan elektroenkefalografiaksi (EEG) ja elektromyografiaksi (EMG). EEG tulkitsee aivojen sähköiset signaalit, kun taas EMG tulkitsee nämä signaalit lihaksilta.

Aivojen sairauksien diagnosoimiseksi EEG- ja EMG -lukemia verrataan "normaaliin" aivotoimintaan, ja sairaustilat tuottavat erityisiä malleja aivojen sähköisessä toiminnassa. Nyt voimme kuitenkin mennä pidemmälle.

Viimeaikaiset edistysaskeleet tarkoittavat sitä, että voimme kerätä lisää tietoa aivojen toiminnasta, mukaan lukien emotionaaliset tilat, mitä liikkeitä tai toimia aiot suorittaa, ja jopa tiettyjä ajatuksia.

Koneoppimisalgoritmit voivat määrittää, miltä nämä tilat "näyttävät" (niiden sähköisen aktiivisuuden kannalta). Näille algoritmeille annetaan valikoima kontrolloitujen kokeiden EEG- ja EMG -tietoja, ja aivotoiminnan malleja havaitaan. Aivotoimintaa seurataan ja analysoidaan reaaliajassa tiettyjen henkisten tilojen tai toimintojen määrittämiseksi (kuten "siirrä vasemmalle").

Nykyiset esimerkit BMI: stä

Nykyisiä esimerkkejä BMI -arvoista on useita, joista monet eroavat suuresti toisistaan. Koska BMI: llä on niin suuri potentiaali, monet suunnitellaan samanaikaisesti täysin eri aloilla. Joitakin BMI -arvoja käytetään ensisijaisesti lääketieteellisiin tarkoituksiin, vammaisten ihmisten uudelleenkävelyyn tai laitteiden ohjaamiseen ilman käsiä. Toiset on suunniteltu pelaamiseen ja vapaa -ajan aktiviteetteihin.

Sisäkorvaistutteet

Sisäkorvaistutteet eivät ole sitä, mitä monet ihmiset harkitsisivat, kun BMI: t mainitaan, mutta ne ovat itse asiassa yksi ensimmäisistä tekniikoista, jotka yhdistävät käyttäjän aivot koneeseen. Ne toimivat tarjoamalla äänen tunteen takaisin kuuroille tai lähes kuuroille. Implantaatti asetetaan kirurgisesti käyttäjän ihon alle, se käyttää mikrofonia ympäröivän äänen vastaanottamiseen, lisää sitten ja siirtää äänen sähköisten impulssien kautta käyttäjän aivoihin.

Muusa

Muusa on "tunnistava pääpanta", joka voi tunnistaa käyttäjän emotionaaliset tilat. Startup -yrityksellä on ohjelmia, jotka keskittyvät työntekijöiden hyvinvointiin. Työntekijä käyttää pääpantaa ja voi hallita stressitasojaan ja tuottavuuttaan päänauhan palautteen perusteella.

Drone Control

Jo vuonna 2015 Floridan yliopiston tutkijat kehittivät BMI -pääpannan, jonka avulla käyttäjä pystyi ohjaamaan dronea suunnattuna yksinomaan mielensä avulla.

Kestävä

Vuonna 2017 Kestävä julkaisi konseptipelin, joka oli BMI-ohjattu pakohuone. Pelaajat pukeutuivat VR -kuulokkeisiin ja pakenivat huoneesta vain ajatuksillaan. Kestäviä suunnitelmia kehittää tuotteita, joiden avulla voit hallita älypuhelintasi (esimerkiksi ohittaa tai keskeyttää kappaleita) mielesi kautta.

Elon Muskin kuuluisa yritys Neuralink on esimerkki invasiivisesta BMI: stä. Käyttämällä kirurgisesti istutettuja "lankoja" Neuralink pyrkii yhdistämään aivot tietokoneeseen erittäin korkean kaistanleveyden avulla. Neuralinkin perimmäisenä tavoitteena on auttaa ihmisiä ohittamaan perinteiset tekoälyjärjestelmät. Neuralinkia on jo testattu (tunnetusti) apinapotilaalla, ja apina pystyi Pelaa Pongia pelkästään ajattelemalla.

Muita esimerkkejä parhaillaan kehitteillä olevista BMI-arvoista ovat Kernel, NextMind, Neurosity ja Nectome.

Mihin BMI: itä käytetään tulevaisuudessa?

Yksi BMI -sovelluksista on antaa palautetta käyttäjälle heidän henkisistä tiloistaan. Esimerkiksi BMI voisi havaita suuren uneliaisuuden tai tarkkaamattomuuden ja antaa varoituksia riskialttiissa ympäristöissä, kuten ajamisessa tai vaarallisten koneiden käytössä. BMI: tä voitaisiin käyttää myös tunteiden säätelyyn tai jopa kivun vähentämiseen, jolla on useita mahdollisia käyttötarkoituksia armeijalle.

BMI: llä on myös kymmeniä mahdollisia sovelluksia lääketieteessä. Niitä voitaisiin käyttää esimerkiksi amputeeille kehittyneiden proteesien hallintaan tai neurologisten tilojen, kuten Alzheimerin tai Parkinsonin taudin, hoitoon.

Kuluttajatilassa BMI: itä voitaisiin käyttää lukemattomiin asioihin. Käyttäjät voivat hallita älykkäitä kotejaan mielellään, sytyttää ja sammuttaa valot, vaihtaa kanavia tai jopa luoda soittolistoja automaattisesti mielialansa perusteella. Epäilemättä virtuaalitodellisuudessa ja muissa peleissä on valtavasti tilaa BMI: ille, joissa ohjainten käyttö on yksi viimeisistä esteistä täydelliseen upottamiseen.

BMI: mielenhallinta

Aivojen ja koneiden rajapinnat ovat epäilemättä olemassa tulevaisuudessa, enemmän tai vähemmän täsmälleen samalla tavalla kuin ne on kuvattu scifi-elokuvissa. Itse asiassa monet ovat jo kaupallisesti saatavilla, ja niillä on ominaisuuksia, jotka voivat laajentaa ihmisen aivoja pitkälle. Eräänä päivänä sinun ei enää tarvitse painaa painikkeita tai kirjoittaa komentoja. Voit kävellä kotiisi, kytkeä valot päälle ja pois päältä ja pelata pelejä virtuaalitodellisuudessa käyttämättä käsiäsi ollenkaan.

Kun Tech kohtaa biologian: 6 lääketieteellistä teknologiaa, jotka muokkaavat terveydenhuollon tulevaisuutta

Tulet hämmästymään joistakin hengenpelastustekniikoista, jotka ovat tulossa paikallisille terveydenhuollon laitoksille.

Lue seuraava

Kirjailijasta