Brain-Machine-gränssnitt: Vad är de och hur fungerar de?

Tänk om du kunde styra en robot eller spela ett tv -spel med ditt eget sinne. Det låter som sci-fi, men det är precis vad hjärn-maskin-gränssnitt (BMI) redan används för. Med applikationer från underhållning till medicin, kommer BMI att förändra teknikens värld som vi känner den. Men vad är de exakt? Och hur fungerar de?

Denna artikel kommer att täcka allt om hjärn-maskin-gränssnitt, inklusive aktuella exempel, hur de fungerar och vad BMI kan användas för i framtiden.

Vad är ett hjärna-maskin-gränssnitt?

Brain-machine interfaces (BMI), även kända som hjärna-datorgränssnitt, är enheter som överbryggar din hjärna och en extern enhet. De kan läsa mänsklig hjärnaktivitet och kommunicera den informationen direkt till ett datasystem. Till exempel kan ett BMI hjälpa en patient att kontrollera en robotprotes. Eller det kan göra det möjligt för användaren att skriva in i en ordbehandlare med endast sina tankar.

BMI kan antingen vara invasiv eller icke-invasiv. Ett invasivt BMI kräver kirurgi och innebär oftast att elektroder placeras direkt under hårbotten för att kommunicera hjärnsignaler mer exakt. Å andra sidan placeras icke-invasiva BMI över huvudet utan kirurgi och avläser din hjärnas elektriska aktivitet. Nackdelen är att mycket av denna aktivitet dämpas av skallen, så icke-invasiva BMI är ofta mindre kraftfulla.

Hur fungerar hjärn-maskin-gränssnitt?

När vi tänker producerar våra hjärnor elektriska signaler som skickas genom hjärnceller (kända som neuroner). Dessa elektriska signaler kan plockas upp och tolkas av medicinsk utrustning, och i själva verket har detta gjorts i årtionden för att diagnostisera hjärntillstånd.

De två metoderna för att göra detta kallas elektroencefalografi (EEG) och elektromyografi (EMG). EEG tolkar elektriska signaler från hjärnan, medan EMG tolkar dessa signaler från muskler.

För att diagnostisera hjärntillstånd jämförs EEG- och EMG -avläsningar med "normal" hjärnaktivitet, där sjukdomstillstånd ger specifika mönster i hjärnans elektriska aktivitet. Nu kan vi dock gå ännu längre.

De senaste framstegen innebär att vi kan få mer information från hjärnans aktivitet, inklusive känslomässiga tillstånd, vilka rörelser eller handlingar du ska utföra, och till och med särskilda tankar.

Maskininlärningsalgoritmer kan bestämma hur dessa specifika tillstånd "ser ut" (när det gäller deras elektriska aktivitet). Dessa algoritmer ges delar av EEG- och EMG -data från kontrollerade experiment och mönster i hjärnaktivitet upptäcks. Hjärnaktivitet övervakas och analyseras sedan i realtid för att bestämma specifika mentala tillstånd eller handlingar (till exempel "flytta vänster").

Aktuella exempel på BMI

Det finns flera aktuella exempel på BMI, varav många i stort sett skiljer sig från varandra. Eftersom det finns en så stor potential för vad som är möjligt med BMI, designas många samtidigt på helt olika områden. Vissa BMI används främst för medicinska ändamål, för att göra det möjligt för funktionshindrade att gå igen eller för att styra enheter utan att använda händer. Andra är utformade för spel och fritidsaktiviteter.

Cochleaimplantat

Cochleaimplantat är inte vad många människor skulle tänka på när BMI nämns, men de är faktiskt en av de första teknikerna som kopplade en användares hjärna till en maskin. De fungerar genom att ge ljudkänslan tillbaka till dem som är döva eller nära döva. Implantatet placeras kirurgiskt under användarens hud, använder en mikrofon för att plocka upp omgivande ljud, förstärker och överför sedan ljudet via elektriska impulser till användarens hjärna.

Musa

Musa är ett "avkännande huvudband" som kan upptäcka känslomässiga tillstånd hos bäraren. Startföretaget har program som fokuserar på medarbetares välbefinnande. Medarbetaren bär pannbandet och kan hantera sina stressnivåer och produktivitet baserat på feedback från pannbandet.

Drone Control

Hela vägen tillbaka 2015 utvecklade forskare från University of Florida ett BMI -pannband som kunde låta användaren styra en drönare riktat med sinnet ensam.

Neurable

År 2017, Neurable släppte ett proof-of-concept-spel som var ett BMI-kontrollerat flyktrum. Spelare satte på sig ett VR -headset och flydde bara ur rummet med tankarna. Neurable planerar att utveckla produkter som gör att du kan styra din smartphone (till exempel hoppa över eller pausa låtar) via ditt sinne.

Elon Musks berömda företag Neuralink är ett exempel på ett invasivt BMI. Med hjälp av kirurgiskt implanterade "trådar" syftar Neuralink till att ansluta hjärnan till en dator med hjälp av ultrahög bandbredd. Det slutliga målet för Neuralink är att hjälpa människor att överskrida traditionella artificiella intelligenssystem. Neuralink har redan testats (känd) hos en appatient, och apan kunde spela Pong rent genom att tänka.

Andra exempel på för närvarande utvecklade BMI inkluderar Kernel, NextMind, Neurosity och Nectome.

Vad ska BMI användas till i framtiden?

En tillämpning av BMI är att ge feedback till användaren om deras mentala tillstånd. Till exempel kan ett BMI upptäcka höga nivåer av dåsighet eller ouppmärksamhet och ge varningar i högriskmiljöer, som att köra bil eller använda farliga maskiner. Ett BMI kan också användas för att reglera känslor eller till och med minska smärta, vilket har flera möjliga användningsområden för militären.

BMI har också dussintals potentiella tillämpningar inom medicin. Till exempel kan de användas för amputerade för att kontrollera avancerad protes eller behandla neurologiska tillstånd som Alzheimers eller Parkinsons sjukdom.

På konsumentområdet kan BMI användas för otaliga saker. Användare kan styra sina smarta hem med sina tankar, tända och släcka lampor, byta kanal eller till och med få spellistor automatiskt baserade på deras humör. Utan tvekan kommer det att finnas ett stort utrymme för BMI i virtual reality och andra spel där användningen av kontroller är ett av de sista hindren för full nedsänkning.

BMI: Mind Control

Hjärna-maskin-gränssnitt kommer utan tvekan att finnas i framtiden, på mer eller mindre exakt sätt som de avbildas i sci-fi-filmer. Faktum är att många redan är kommersiellt tillgängliga som har funktioner som långt kan förlänga den mänskliga hjärnan. En dag behöver du inte längre trycka på knappar eller skriva kommandon. Du kommer att kunna gå in i ditt hus, tända och släcka lampor och spela spel i virtual reality utan att använda dina händer alls.

When Tech Meets Biology: 6 Medical Technologies Shaping the Future of Healthcare

Du kommer att bli förvånad över en del av den livräddande tekniken som kommer att träffa dina lokala vårdinrättningar.

Läs Nästa

Om författaren