Ερευνητές του Πανεπιστημίου Yale ανέπτυξαν μια νέα διεπαφή εγκεφάλου–υπολογιστή (BCI), που επιτρέπει σε ανθρώπους να παίζουν βιντεοπαιχνίδια χρησιμοποιώντας μόνο την εγκεφαλική τους δραστηριότητα. Με τη χρήση λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας σε πραγματικό χρόνο (fMRI), η ομάδα έδειξε ότι οι χρήστες μπορούν να ελέγχουν έναν υπολογιστή αποτελεσματικά μόνο με τις σκέψεις τους.

Το «φυσικό» μοτίβο του εγκεφάλου είναι το κλειδί

Η μελέτη αποκάλυψε ότι η εγκεφαλική δραστηριότητα ακολουθεί ήδη καθιερωμένες νευρωνικές οδούς. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η εκμάθηση ενός συστήματος BCI γίνεται πολύ ευκολότερη όταν αυτό σχεδιάζεται ώστε να συνεργάζεται με αυτές τις φυσικές οδούς και όχι να τις «αντιμάχεται».

Όταν ένα BCI ευθυγραμμίζεται με τη φυσική οργάνωση του εγκεφάλου, οι χρήστες αποκτούν γρήγορα έλεγχο και ο εγκέφαλος προσαρμόζεται ώστε να υποστηρίξει τη μάθηση. Αντίθετα, συστήματα που δεν ταιριάζουν με αυτή τη δομή δεν δείχνουν ουσιαστική βελτίωση.

Γιατί οι φυσικές εγκεφαλικές οδοί έχουν σημασία

«Οι επιπτώσεις είναι ευρείες, από τη βοήθεια σε ανθρώπους με κινητικές ή επικοινωνιακές διαταραχές έως τη θεραπεία της κατάθλιψης ή του άγχους και τη δημιουργία της επόμενης γενιάς τεχνολογιών», δήλωσε η Erica Busch, πρώτη συγγραφέας της μελέτης.

Ένα BCI επιτρέπει την αλληλεπίδραση ανθρώπου–υπολογιστή μέσω της εγκεφαλικής δραστηριότητας.

Παρότι τέτοια συστήματα μελετώνται εδώ και χρόνια, πολλά έχουν περιορισμένη επιτυχία. Προηγούμενα συστήματα βασισμένα σε fMRI απαιτούσαν έως και 10 μακρές συνεδρίες εκπαίδευσης, ενώ περίπου το ένα τρίτο των συμμετεχόντων δεν κατάφερνε ποτέ να τα χρησιμοποιήσει αποτελεσματικά.

Πώς δημιουργήθηκε το σύστημα

Οι ερευνητές επιστράτευσαν υγιείς νέους ενήλικες για τέσσερις συνεδρίες fMRI. Στην πρώτη, οι συμμετέχοντες έπαιξαν ένα παιχνίδι όπου κινούσαν ένα avatar με joystick, ενώ καταγραφόταν η εγκεφαλική τους δραστηριότητα.

Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν έναν αλγόριθμο (T-PHATE) για να εντοπίσουν τη φυσική δομή της εγκεφαλικής δραστηριότητας κάθε ατόμου, γνωστή ως «νευρωνική πολλαπλή».

Με βάση αυτή τη δομή, δημιούργησαν τρεις διαφορετικές μεθόδους ελέγχου του παιχνιδιού:

• μια που ακολουθούσε τα πιο φυσικά μοτίβα του εγκεφάλου («διαισθητική χαρτογράφηση»),
• μια που χρησιμοποιούσε λιγότερο κυρίαρχα μοτίβα,
• και μια που βασιζόταν σε μοτίβα που ο εγκέφαλος δεν παράγει φυσικά.

Στη συνέχεια, το σύστημα μετέφραζε κάθε 2 δευτερόλεπτα την εγκεφαλική δραστηριότητα σε εντολές κίνησης για το avatar.

Τα αποτελέσματα

Οι συμμετέχοντες κατάφεραν να μάθουν τον έλεγχο του avatar σε λιγότερο από μία ώρα όταν το σύστημα ευθυγραμμιζόταν με τη φυσική δομή του εγκεφάλου. Αντίθετα, δεν κατάφεραν να μάθουν το σύστημα που βασιζόταν σε αφύσικα μοτίβα.

Καθώς μάθαιναν, ο εγκέφαλος αναδιοργάνωνε τη δραστηριότητά του ώστε να προσαρμοστεί στις απαιτήσεις του συστήματος. Αυτές οι αλλαγές επεκτείνονταν πέρα από τις αρχικές περιοχές στόχους, δείχνοντας ότι η εκπαίδευση BCI επηρεάζει ευρύτερα νευρωνικά δίκτυα.

Επιπτώσεις για ιατρική και τεχνολογία

Η έρευνα μπορεί να βοηθήσει άτομα με κινητικές ή επικοινωνιακές δυσκολίες, αλλά και να οδηγήσει σε νέες θεραπείες για ψυχικές παθήσεις όπως η κατάθλιψη και το άγχος.

Επίσης, ανοίγει τον δρόμο για πιο αξιόπιστες διεπαφές εγκεφάλου–υπολογιστή και πιθανές εφαρμογές ενίσχυσης ανθρώπινων δυνατοτήτων.

«Κατανοώντας τη δομή του ίδιου μας του εγκεφάλου, μπορούμε να γίνουμε καλύτερες εκδοχές του εαυτού μας», ανέφερε η Busch.