Ερευνητές, της ρωσικής εταιρείας Neurobotics και του Ινστιτούτου Φυσικής και Τεχνολογίας της Μόσχας, βρήκαν έναν τρόπο να απεικονίσουν την εγκεφαλική δραστηριότητα ενός ατόμου ως πραγματικές εικόνες που μιμούνται αυτά που παρατηρούν σε πραγματικό χρόνο. Αυτό θα επιτρέψει τη δημιουργία ειδικών συσκευών αποκατάστασης μετά από εγκεφαλικό επεισόδιο οι οποίες θα ελέγχονται από εγκεφαλικά σήματα.
Οι ερευνητές δημοσίευσαν τη διατριβή τους, καθώς και ένα βίντεο που δείχνει τη μέχρι τώρα πορεία της έρευνας και ανάπτυξης. Για να αναπτύξουν τις συσκευές που ελέγχονται από τον εγκέφαλο οι νευροβιολόγοι πρέπει να καταλάβουν πώς κωδικοποιεί τις πληροφορίες. Μια βασική πτυχή αυτού είναι η μελέτη της δραστηριότητας του εγκεφάλου των ανθρώπων και πώς αντιλαμβάνονται οπτικές πληροφορίες, για παράδειγμα, ενώ παρακολουθούν ένα βίντεο.
Η έρευνα της ομάδας
Μέχρι τώρα, οι επιστήμονες για να παρατηρήσουν τις εικόνες που εξάγουν τα σήματα του εγκεφάλου είτε χρησιμοποιούν λειτουργική MRI είτε αναλύουν τα σήματα που συλλαμβάνονται μέσω εμφυτευμάτων απευθείας από τους νευρώνες. Και οι δύο μέθοδοι έχουν αρκετά περιορισμένες εφαρμογές τόσο σε επιστημονικό επίπεδο όσο και στην καθημερινή ζωή.
Η διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή που αναπτύχθηκε από την ΙΦΤΜ και τη Neurobotics βασίζεται σε τεχνητά νευρωνικά δίκτυα και ηλεκτροεγκεφαλογραφία ή EEG, μια τεχνική για την καταγραφή των εγκεφαλικών κυμάτων μέσω ηλεκτροδίων που τοποθετούνται μη επεμβατικά στο τριχωτό της κεφαλής. Με την ανάλυση της δραστηριότητας του εγκεφάλου, το σύστημα ανασυνθέτει τις εικόνες που βλέπει ένα άτομο που υποβλήθηκε σε EEG σε πραγματικό χρόνο.
Το πείραμα
Στο πρώτο μέρος του πειράματος, οι νευροβιολόγοι ζήτησαν από υγιή άτομα να παρακολουθήσουν 20 λεπτά από αποσπάσματα βίντεο του YouTube, διάρκειας 10 δευτερολέπτων. Η ομάδα επέλεξε πέντε αυθαίρετες κατηγορίες βίντεο: αφηρημένα σχήματα, καταρράκτες, ανθρώπινα πρόσωπα, κινούμενους μηχανισμούς και μηχανοκίνητο αθλητισμό. Η τελευταία κατηγορία περιελάμβανε πρωτότυπες εγγραφές αγώνων snowmobile, water scooter, μοτοσικλετών και αυτοκινήτων.
Αναλύοντας τα δεδομένα EEG, οι ερευνητές έδειξαν ότι τα πρότυπα των εγκεφαλικών κυμάτων διακρίνονται για κάθε κατηγορία βίντεο. Αυτό επέτρεψε στην ομάδα να αναλύσει την ανταπόκριση του εγκεφάλου σε πραγματικό χρόνο.
Στη δεύτερη φάση του πειράματος επιλέχθηκαν τρεις τυχαίες κατηγορίες από τις αρχικές πέντε. Οι ερευνητές ανέπτυξαν δύο νευρωνικά δίκτυα: ένα για την παραγωγή τυχαίων ειδικών κατηγοριών εικόνων “θορύβου” και ένα άλλο για την παραγωγή παρόμοιου “θορύβου” βασισμένου στο EEG.
Στη συνέχεια η ομάδα εκπαίδευσε τα δίκτυα να λειτουργούν μαζί με τρόπο που μετατρέπει το σήμα EEG σε πραγματικές εικόνες παρόμοιες με εκείνες που παρατηρούσαν τα εξεταζόμενα άτομα.
Για να ελεγχθεί η ικανότητα του συστήματος να απεικονίσει τη δραστηριότητα του εγκεφάλου, στα άτομα παρουσιάστηκαν προηγουμένως βίντεο από τις ίδιες κατηγορίες, τα οποία δεν είχαν δει ποτέ.
Καθώς παρακολουθούσαν τα βίντεο, καταγράφηκαν τα δεδομένα των EGG που μετέφεραν τα νευρωνικά δίκτυα. Το σύστημα πέρασε τη δοκιμή, δημιουργώντας πειστικές εικόνες που θα μπορούσαν εύκολα να κατηγοριοποιηθούν στο 90% των περιπτώσεων.
Το μέλλον
Τα μέχρι τώρα αποτελέσματα είναι ιδιαίτερα ενθαρρυντικά και οι ερευνητές σχεδιάζουν τα επόμενα βήματα τους. Αναφέρουν ότι, με βάση όσα έχουν πετύχει μέχρι τώρα και τη βοήθεια της σημερινής τεχνολογίας, οι νευρωνικές επεμβατικές διεπαφές που οραματίστηκε ο Elon Musk θα μπορούσαν να γίνουν πραγματικότητα.
Οι διεπαφές που οραματίστηκε ο Musk συνδέονται με πολύπλοκες χειρουργικές επεμβάσεις και ταχεία επιδείνωση λόγω διαφόρων φυσικών διαδικασιών, κυρίως οξειδώνονται με αποτέλεσμα να καταστρέφονται μέσα σε λίγους μήνες.
Οι ερευνητές ελπίζουν ότι θα μπορέσουν να σχεδιάσουν νευρωνικές διεπαφές που δεν απαιτούν εμφύτευση.
ΣΥΖΗΤΗΣΗ