Διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή: το μέλλον είναι ήδη εδώ (Μέρος 1/3)

Μέρος Πρώτο: Τα πρώτα βήματα

Μέρος δεύτερο: Μέθοδοι

Μέρος τρίτο: Πρακτικές Εφαρμογές

Ο αιώνας που μας πέρασε σίγουρα μπορεί να χαρακτηριστεί ως ο αιώνας της τεχνολογίας και της επιστήμης. Μέσα σε λιγότερο από 100 χρόνια η ανθρωπότητα κατάφερε να επιτύχει απίστευτα ταχείς ρυθμούς ανάπτυξης της τεχνογνωσίας και των γνώσεών μας για τη βιολογία, τη φύση, ή ακόμη και το ίδιο το σύμπαν. Εάν σκεφτεί κανείς την ζωή μας και τις δυνατότητές μας πριν από μόλις 10-15 χρόνια θα διαπιστώσει εύκολα ότι πλέον το διάστημα που καλύπτεται από μερικές δεκαετίες επιστημονικής προόδου μπορεί εύκολα να συγκριθεί και ίσως να ξεπεράσει το αντίστοιχο διάστημα που καλύφθηκε από αιώνες αγώνων πολυάριθμων επιστημόνων στο παρελθόν. Αυτό που σήμερα γράφεται σε μια νουβέλα επιστημονικής φαντασίας ίσως σε μία δεκαετία ή εικοσαετία θα είναι απλά μέρος της καθημερινότητάς μας. Είμαι σίγουρος για παράδειγμα πως οι σεναριογράφοι της τριλογίας RoboCop δεν μπορούσαν να φανταστούν πως η ιδέα τους για έναν άνθρωπο που χρησιμοποιεί τεχνητά μέλη υψηλής ακρίβειας ή που “σκέφτεται” με τη βοήθεια ενός υπολογιστή είκοσι χρόνια αργότερα θα μπορούσε να είναι τόσο κοντά ώστε να γίνει πραγματικότητα, χάρη στην τεχνολογία διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή (Brain-Computer Interface).

Η διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή αναφέρεται σε μια σειρά από τεχνολογίες που ως απώτερο σκοπό έχουν την επίτευξη αλληλεπίδρασης και επικοινωνίας (αμφίδρομης ή μονόδρομης) μεταξύ του ανθρώπινου νευρικού συστήματος (κεντρικού ή/και περιφερικού) και ενός υπολογιστή. Τέτοιου είδους τεχνολογίες μπορούν να επιτρέψουν για παράδειγμα τη χρήση ενός υπολογιστή ή ενός τεχνητού ανθρώπινου μέλους απλά και μόνο με τη σκέψη ή μπορούν να βοηθήσουν άτομα με σοβαρά προβλήματα όρασης (π.χ. Τύφλωση) να αντιλαμβάνονται κάποια βασικά χαρακτηριστικά του περιβάλλοντός τους. Το βασικό σκεπτικό πίσω από αυτές τις τεχνολογίες είναι η δημιουργία ενός κατάλληλου τεχνολογικού και προγραμματιστικού περιβάλλοντος που είναι σε θέση 1)να “διαβάσει” την πυροδότητση των νευρώνων, 2)να “ερμηνεύσει” αυτή την πυροδότηση και 3)να εκτελέσει την αντίστοιχη λειτουργία που συνδέεται με την ερμηνεία της πυροδότησής τους. Το κλειδί βεβαίως πίσω από τα εγχειρήματα αυτά είναι η ίδια η φύση των νευρώνων. Αυτές οι περίτεχνες βιοχημικές μονάδες επεξεργασίας δεδομένων, επικοινωνούν μεταξύ τους δημιουργώντας ηλεκτροχημικές εκκενώσεις μικρού βεληνεκούς. Χάρη στη χρήση μιας πλειάδας τεχνολογιών είμαστε σε θέση να καταγράφουμε αυτή τη δραστηριότητα των νευρώνων τόσο σε ατομικό όσο και σε συλλογικό επίπεδο και να την “μεταφράσουμε” με επιτυχία.

Τα πρώτα -πρωτόγονα θα λέγαμε- βήματα για την καταγραφή της εγκεφαλικής δραστηριότητας έγιναν ήδη στις αρχές του περασμένου αιώνα με πρωτεργάτη τον εφευρέτη του ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος, Hans Berger. Η πρώτη επιτυχής καταγραφή ανθρώπινου ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος έγινε το 1924. Θα περάσουν όμως αρκετά χρόνια όμως έως ότου αναπτυχθεί αρκετά η συγκεκριμένη τεχνική και ακόμη περισσότερα έως ότου κάποιος να συλλάβει την ιδέα δημιουργίας κάποιου συστήματος επικοινωνίας που να αξιοποιεί την καταγεγραμμένη εγκεφαλική δραστηριότητα. Ίσως η πρώτη φορά που ακούστηκε η ιδέα ενός διαδραστικού συστήματος επικοινωνίας μεταξύ του ανθρώπινου εγκεφάλου και των υπολογιστών ήταν με το πρόγραμμα της ARPA στις ΗΠΑ. Αμέσως μετά την ανάπτυξη των πρώτων υπολογιστών στις αρχές της δεκαετίας του 1970, η ARPA είχε θέσει ως όραμα την δημιουργία ενός διαδραστικού συστήματος επικοινωνίας μεταξύ εγκεφάλου και υπολογιστή που θα ήταν σε θέση να ενισχύσει τις γνωστικές και κινητικές ικανότητες του ανθρώπου.

Το πλήρωμα του χρόνου όμως θα έρθει τρεις δεκαετίες αργότερα, όταν πλέον η σύγχρονη τεχνολογία θα καθιστούσε δυνατή την πολυπόθητη αλληλεπίδραση εγκεφάλου και υπολογιστή. Σε μία από τις πρώτες έρευνες στον τομέα αυτό, το 1999 ο Δρ. Chapin κατάφερε να εκπαιδεύσει ποντίκια να κινούν ένα στοιχειώδες τεχνητό “χέρι” προκειμένου να λάβουν νερό[1] . Λίγα χρόνια αργότερα ο Δρ. Nicolelis, ένας από τους πιο γνωστούς ερευνητές στον χώρο, εκπαίδευσε μία μαϊμού να χρησιμοποιεί με επιτυχία ένα τεχνητό χέρι σχεδόν σαν να ήταν δικό της[2] . Φυσικά το επόμενο βήμα ήταν να δοκιμαστούν αυτές οι μέθοδοι και σε ανθρώπους. Και πράγματι, το 2006 μια επιστημονική ομάδα από την Αμερική υπό την καθοδήγηση του Δρ. Hochberg[3] εμφύτευσε μια σειρά από ηλεκτρόδια στον εγκεφαλικό φλοιό του Matt Nagle -ενός τετραπληγικού ασθενούς- και τον εκπαίδευσε έτσι ώστε να μπορεί να ελέγχει έναν κέρσορα πάνω σε μια οθόνη. Αν και χρειάστηκε αρκετή εκπαίδευση του ασθενούς και αναπροσαρμογή του αλγόριθμου ώστε η αποκωδικοποίηση της εγκεφαλικής δραστηριότητας να είναι επιτυχής, τελικά η προσπάθεια απέφερε καρπούς καθώς στο τέλος το σύστημα είχε πολύ υψηλά ποσοστά επιτυχίας, σε σημείο που μετά το τέλος του πειράματος ο κ. Nagle δήλωνε ενθουσιασμένος:

“Δεν μπορώ να το περιγράψω. Πολύ απλά… χρησιμοποιώ το μυαλό μου. Λέω ‘κέρσορα πήγαινε πάνω δεξιά’ και αυτός πηγαίνει! Αυτό το σύστημα θα μου ξαναδώσει κάποιο βαθμό ανεξαρτησίας.”[4]

Μάλιστα αυτή η προσπάθεια είχε τέτοια επιτυχία που αργότερα ο ίδιος ασθενής εκπαιδεύτηκε ώστε να μπορεί να ανοιγοκλείνει ένα τεχνητό χέρι μόνο με τη σκέψη του.

H δραστηριότητα των κινητικών νευρώνων του ακρωτηριασμένου χεριού καταγράφεται
και μεταφράζεται σε ενεργοποίηση του τεχνητού μέλους.

Φωτογραφίες

Περισσότερες Πληροφορίες / Βιβλιογραφία

  1. Chapin et al. (1999). “Real-time control of a robot arm using simultaneously recorded neurons in the motor cortex”. Nature Neuroscience 2, 664 – 670 []
  2. Nicolelis et al. (2000). “Real-time prediction of hand trajectory by ensembles of cortical neurons in primates”. Nature 408 (6810): 361 []
  3. Hochberg et al. (2006). “Neuronal ensemble control of prosthetic devices by a human with tetraplegia”. Nature 442, 164-171 []
  4. PBS (15 Ιουλίου 2005). “Religion and Ethics”. Αφιέρωμα στο Brain Gain. Επεισόδιο 846 []

Αρθρογράφος:
Δημήτρης Αγοραστός.

Ο Δημήτρης Αγοραστός είναι ψυχολόγος και κάτοχος μεταπτυχιακού διπλώματος στις νευροσυμπεριφορικές επιστήμες. Έχει ασχοληθεί ερευνητικά με θέματα όπως την έκφραση των ανθρωπίνων συναισθημάτων, την ενσυναίσθηση, την ανάπτυξη μαθησιακών διαταραχών και την διασύνδεση υπολογιστή-εγκεφάλου για τετραπληγικούς ασθενείς. Έχει ολοκληρώσει την θεωρητική του εκπαίδευση στην Γνωστική - Αναλυτική Ψυχοθεραπεία και έχει ασχοληθεί επαγγελματικά και εθελοντικά με θέματα όπως την σωματική και τη ψυχοσυναισθηματική κακοποίηση γυναικών-θυμάτων ενδοοικογενειακής βίας, τη συμβουλευτική και ψυχολογική στήριξη ευαίσθητων κοινωνικών ομάδων αλλά και με τη συμβουλευτική στήριξη και ενημέρωση γονέων και εκπαιδευτικών στην πρωτοβάθμια εκπαίδευση. Αυτό το διάστημα ασχολείται με την ψυχοκοινωνική υποστήριξη προσφυγικών ομάδων. Είναι ο διαχειριστής και ο κύριος αρθρογράφος του Ψυχολογείν.


 dagorastos@gmail.com     http://dagorastos.net