31 Μαΐ 2015

Ο εγκεφαλος των τυφλών που χρησιμοποιούν ηχοεντοπισμό αξιοποιεί οπτικές περιοχές για την αντίληψη αντικειμένων

Τα περισσότερα τυφλά άτομα σε όλες τις γωνιές του κόσμου, είτε γεννήθηκαν με το συγκεκριμένο πρόβλημα είτε το παρουσίασαν αργότερα στη ζωή τους, αναπτύσσουν τις αισθήσεις τους με έναν εναλλακτικό τρόπο σε μια προσπάθεια να αντικαταστήσουν την χαμένη αίσθηση της όρασης. Άλλοι σε μεγαλύτερο και άλλοι σε μικρότερο βαθμό είναι ικανοί να προσανατολίζονται, να αντιλαμβάνονται αντικείμενα και πρόσωπα στο περιβάλλον τους και γενικότερα να συμπεριφέρονται με έναν αξιοθαύμαστο βαθμό ανεξαρτησίας.

Η αίσθηση που συνήθως αντικαθιστά την όραση είναι η δεύτερη πιο ισχυρή στον άνθρωπο: η ακοή. Η ικανότητα πολλών τυφλών να προσανατολίζονται βάσει της ακοής ονομάζεται ηχοεντοπισμός και λίγο-πολύ είναι παρόμοια με την ικανότητα των νυχτερίδων να προσανατολίζονται στο σκοτάδι. Το άτομο προσανατολίζεται στο χώρο αντιλαμβανόμενο αλλαγές στους ήχους γύρω του. Παρακάτω βλέπουμε ένα παράδειγμα ενός αγοριού που ανέπτυξε αυτή την ικανότητα σε πολύ μεγάλο βαθμό, με αποτέλεσμα να μπορεί να κάνει έντονες κινητικές δραστηριότητες χωρίς ιδιαίτερα προβλήματα.

Ο ηχοεντοπισμός είναι μια ικανότητα που έχουμε όλοι μας, αλλά καθώς η όραση είναι η κύρια αίσθησή μας, η ακοή μας παραμένει λιγότερο αναπτυγμένη με αποτέλεσμα να μην μπορούμε να την αξιοποιήσουμε στο έπακρο. Οι τυφλοί, μη έχοντας την αίσθηση της όρασης αναγκάζονται να βασίζονται όλο και περισσότερο στην ακοή. Αυτό το οποίο προκαλεί ακόμη μεγαλύτερο θαυμασμό για τη χρήση του ηχοεντοπισμού στους τυφλούς είναι το γεγονός πως η χρήση ηχοεντοπιστικών τεχνικών ελλείψει οπτικών ερεθισμάτων αλλάζει νευρολογικά τον ίδιο τον εγκέφαλό τους. Τουλάχιστον αυτό δείχνουν οι έρευνες των τελευταίων ετών που παρουσίασε το Πανεπιστήμιο του Δυτικού Οντάριο σε πρόσφατο συνέδριο[1] .

Πιο συγκεκριμένα, οι περιοχές του οπτικού φλοιού που στα άτομα με κανονική όραση είναι υπεύθυνες για την οπτικοχωρική ανάλυση του περιβάλλοντος και την αντίληψη ιδιοτήτων των αντικειμένων (σχήμα, όγκος, υφή κτλ), φαίνεται πως πλέον δεν συνδέονται με την όραση, αλλά με τις ακουστικές περιοχές. Με άλλα λόγια, οι νευρώνες στον ινιακό λοβό (οπτικός φλοιός) πλέον δεν λαμβάνουν πληροφορίες από το οπτικό κανάλι αλλά από το ακουστικό, επαναπρογραμματίζοντας τις συνδέσεις τους. Αυτή φυσικά η διαδικασία δεν συμβαίνει εν μία νυκτί, αλλά απαιτεί καθημερινή εκπαίδευση του τυφλού ατόμου.

Ανάμεσα στα πειράματα που παρουσίασαν οι ερευνητές ένα παρουσιάζει αρκετά μεγάλο ενδιαφέρον. Σε αυτό οι πειραματιστές κατέγραψαν τον ήχο που κάνουν τα αντικείμενα όταν χρησιμοποιούνται τεχνικές ηχοεντοπισμού που συνήθως αξιοποιούν οι τυφλοί (π.χ. ήχοι «κλικ»). Στη συνέχεια έπαιξαν αυτούς τους ήχους σε άτομα με κανονική όραση και σε τυφλά άτομα, καταγράφοντας ταυτόχρονα με τη μέθοδο fMRI την αντίδραση του εγκεφάλου σε αυτούς. Αυτό το οποίο πρόσεξαν είναι ότι όταν έπαιζαν αυτούς τους ήχους σε τυφλούς που είχαν χρησιμοποιούσαν ηχοεντοπιστικές τεχνικές, παρατηρήθηκε αυξημένη δραστηριότητα στον παραϊπποκάμπιο εγκεφαλικό φλοιό, ο οποίος στους ανθρώπους με κανονική όραση σχετίζεται με τον προσανατολισμό, την χωρική μνήμη και την αντίληψη του περιβάλλοντος. Αντίθετα, αυτή η ενεργοποίηση δεν παρατηρήθηκε σε άτομα με κανονική όραση αλλά ούτε και σε τυφλούς που δεν αξιοποιούσαν τεχνικές ηχοεντοπισμού.

Κάνοντας την παρουσίασή τους ακόμη πιο ενδιαφέρουσα, οι πειραματιστές ανέφεραν πως τα τυφλά άτομα όχι μόνο χρησιμοποιούν τις εγκεφαλικές περιοχές που συνήθως αξιοποιούνται από τις οπτικές περιοχές του εγκεφάλου, αλλά πέφτουν θύματα «οπτικών πλανών», όπως ακριβώς και βλέποντες. Όταν τους ζητείται να συγκρίνουν το βάρος δύο αντικειμένων (να πουν πιο είναι πιο βαρύ) που σηκώνουν, τόσο οι βλέποντες όσο και οι τυφλοί με ηχοεντοπιστικές ικαντότητες κρίνουν τα πιο μεγάλα αντικείμενα πιο βαριά σε σχέση με τα πιο μικρά, υποδεικνύοντας ότι η επανακωδικοποίηση των εγκεφαλικών περιοχών δεν είναι επιφανειακή, αλλά πολύ ουσιαστική.

Εισαγωγική Εικόνα

Περισσότερες Πληροφορίες / Βιβλιογραφία

  1. Canadian Association for Neuroscience. «Can you see what I hear? Blind human echolocators use visual areas of the brain.» ScienceDaily. ScienceDaily, 25 May 2015. []
31 Οκτ 2011

Είμαστε tabula rasa; Μια έρευνα με πρώην τυφλά παιδιά προσπαθεί να δώσει την απάντηση

Ήταν μέσα του 17ου αιώνα όταν ο Άγγλος φιλόσοφος Τζων Λοκ ανέπτυσε τις θεωρίες του σχετικά με την προέλευση της γνώσης. Το βασικό φιλοσοφικό ερώτημα στο οποίο προσπαθούσε να δώσει μια απάντηση ήταν το εάν γενιόμαστε με παντελή έλλειψη γνώσης και μαθαίνουμε καθώς αποκτούμε όλο και περισσότερες εμπειρίες (tabula rasa) ή εάν έχουμε κάποιες -έστω βασικές- γνώσεις ήδη από τη στιγμή που θα γεννηθούμε. Μέσα στο πλαίσιο των φιλοσοφικών του αναζητήσεων ήρθε αντιμέτωπος με ένα ερώτημα κεντρικό για την φιλοσοφία του: εάν ένας εκ γεννετής τυφλός βρει το φως του, θα μπορεί μόνο με την όρασή του να αναγνωρίσει αντικείμενα που έως τώρα τα ήξερε μόνο μέσω της αφής;

Η σύγχρονη νευροεπιστήμη προσπαθεί πλέον να ρίξει φως και σε αυτό το ερώτημα. Μέσω ενός ινδικού προγράμματος αποκατάστασης της όρασης σε παιδιά (Project Prakash), μια ερευνητική ομάδα από το ΜΙΤ κατάφερε να έχει πρόσβαση σε παιδιά με σοβαρά προβλήματα όρασης που μόλις είχαν βρει την όρασή τους[1] . Τα παιδιά αυτά έπασχαν από διάφορες ιάσιμες ασθένειες οι οποίες είχαν ως αποτέλεσμα την τύφλωσή τους από την πρώτη στιγμή της γέννησής τους. Οι ερευνητές επικεντρώθηκαν σε 5 μεγάλα παιδιά, ηλικίας 8-17 ετών. Τα παιδιά αυτά είχαν εγχειριστεί επιτυχώς και είχαν βρει το φως τους 2 μέρες πριν την εξέτασή τους από την ομάδα του ΜΙΤ. Οι ερευνητές κατασκεύασαν 20 ζεύγη από τρισδιάστατα σχήματα φτιαγμένα με τα γνωστά μας «τουβλάκια» και τα έδειξαν στα παιδιά με τρεις διαφορετικούς τρόπους.

Στην μία περίπτωση τους έδωσαν ένα σχήμα για να το επεξεργαστούν με τα χέρια τους χωρίς όμως να το κοιτάνε. Στη συνέχεια τους έδωσαν δύο άλλα σχήματα να αισθανθούν και στη συνέχεια να πουν πιο από τα δύο σχήματα ήταν αυτό που άγγιξαν στην αρχή. Όπως αναμενόταν, τα παιδιά είχαν εξαιρετικά υψηλά ποσοστά επιτυχίας που έφτασαν το 90%. Στο δεύτερο πείραμα τα παιδιά μπορούσαν να δουν τα σχήματα, αλλά όχι να τα αγγίξουν. Αν και είχαν το φως τους για μόλις 2 μέρες κατάφεραν και πάλι να αναγνωρίσουν σωστά τα σχήματα με πολύ υψηλά ποσοστά επιτυχίας. Στο τρίτο και πιο σημαντικό πείραμα τα παιδιά άγγιξαν το αρχικό σχήμα και αργότερα έπρεπε να επιλέξουν το σωστό σχήμα από μια σειρά από σχήματα τα οποία έβλεπαν, αλλά δεν μπορούσαν να αγγίξουν. Σε αυτό το πείραμα τα αποτελέσματα ήταν αρνητικά. Τα παιδιά δεν μπορούσαν να αναγνωρίσουν οπτικά το αντικείμενο το οποίο μόλις είχαν αγγίξει. Όταν όμως οι ερευνητές κατάφεραν να ξανατρέξουν το τρίτο πείραμα με κάποια από τα ίδια παιδιά μερικές μέρες αργότερα πρόσεξαν ότι το ποσοστό επιτυχίας αυξήθηκε φτάνοντας το 80%.

Είναι δύσκολο να εξηγήσει κάποιος τα αποτελέσματα των πειραμάτων αυτών. Από την μία κάποιος θα μπορούσε να πει πως τα πειράματα αυτά υποδεικνύουν την πλαστικότητα του εγκεφάλου και την γνωστική ευκαμψία που χαρακτηρίζει το ανθρώπινο είδος, ενώ κάποιος άλλος θα μπορούσε να ισχυριστεί ακριβώς το αντίθετο. Στην πρώτη περίπτωση η εξήγηση είναι πως φαίνεται πως αρχικά ο εγκέφαλος προσπαθούσε να γνωρίσει τον κόσμο μέσα από την -ουσιαστικά νέα- αίσθηση της όρασης και καθώς οι μέρες περνούσαν και τα παιδιά ερχόντουσαν σε επαφή με όλο και περισσότερα ερεθίσματα, οπτικά και απτικά, ο εγκέφαλος άρχισε να προσαρμόζεται και να «ανακαλωδιώνεται». Στην δεύτερη περίπτωση όμως κάποιος θα μπορούσε να ισχυριστεί ότι το διάστημα των λίγων ημερών μεταξύ της εγχείρισης και των επιτυχημένων πειραμάτων είναι πολύ σύντομο για μια «ανακαλωδίωση» του εγκεφάλου, οπότε η εναλλακτική εξήγηση είναι μια γενετικά προκαθορισμένη προδιάθεση «συνεργασίας» μεταξύ των αισθήσεων.  Δυστυχώς οι ερευνητές δεν μπόρεσαν να συλλέξουν νευρολογικά δεδομένα κατά το διάστημα μεταξύ της εγχείρισης και των πειραμάτων τους, κάτι που θα έδινε πιο ξεκάθαρες απαντήσεις στο ερώτημα του Τζων Λοκ.

Εισαγωγική Φωτογραφία:

Περισσότερες Πληροφορίες / Βιβλιογραφία

  1. Science Magazine: «Formerly Blind Children Shed Light on a Centuries-Old Puzzle» []
29 Σεπ 2011

Διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή: Πρακτικές εφαρμογές (Μέρος 3/3)

Μέρος πρώτο: Διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή: το μέλλον είναι ήδη εδώ
Μέρος δεύτεροΜέθοδοι

 

Η καταγεγραμμένη εγκεφαλική δραστηριότητα μιας περιοχής μεταφράζεται σε κίνηση του κέρσορα στην οθόνη του τερματικού

Είναι προφανές πως ακόμη βρισκόμαστε στο ξεκίνημα της έρευνας πάνω στην διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή και στην νευροπροσθετική. Δεδομένου πως η έρευνα στους τομείς αυτούς προχωράει με γοργούς ρυθμούς δεν θα πρέπει να εκπλαγούμε εάν αρχίσουμε να βλέπουμε τις πρακτικές εφαρμογές της στην καθημερινότητά μας. Και πράγματι, αυτή η τεχνολογία μπορεί να βρει πρόσφορο έδαφος σε πολλά και διαφορετικά πεδία, τόσο ιατρικά όσο και πιο πρακτικά[1] . Πρώτο μέλημα των ερευνητών είναι η δημιουργία πρακτικών εφαρμογών που θα μπορούν να χρησιμοποιηθούν από ασθενείς με σοβαρά νευρολογικά και λοιπά φυσιολογικά προβλήματα, όπως για παράδειγμα τετραπληγία, ακρωτηριασμένα άκρα, τύφλωση ή σοβαρή απώλεια όρασης, σκλήρυνση κατά πλάκας ή locked-in syndrome. Σκοπός είναι οι ασθενείς αυτοί να μπορέσουν να ανακτήσουν έστω κάποιο μέρος της χαμένης λειτουργικότητάς τους, μέσω εφαρμογών που θα τους επιτρέπουν να επικοινωνούν με το περιβάλλον τους ή -όπως στην περίπτωση των “βιονικών ματιών” και τεχνητών άκρων- που θα αντικαθιστούν έως ένα βαθμό το όργανο που έχει υποστεί τη βλάβη. Φανταστείτε ανθρώπους που έχουν υποστεί μία από τις πιο σοβαρές μορφές εγκεφαλικού, αυτή στο εγκεφαλικό στέλεχος, με αποτέλεσμα να μην μπορούν να κουνήσουν κανέναν μυ του σώματός τους πέραν των ματιών τους. Αυτοί οι ασθενείς πλέον ίσως μπορούν να βρουν μια μικρή δίοδο επικοινωνίας με το περιβάλλον τους. Ή σκεφτείτε τυφλούς συμπολίτες μας οι οποίοι ίσως στο όχι και τόσο μακρινό μέλλον θα μπορούν να έχουν κάποια στοιχειώδη όραση και να κινούνται πιο εύκολα στο χώρο.

Η καταγεγραμμένη δραστηριότητα μιας εγκεφαλικής περιοχής μεταφράζεται σε αυξομείωση μιας μπάρας. Όταν ο χρήστης μένει συγκεντρωμένος η μπάρα αυξάνεται, ενώ όταν χάσει την συγκέντρωσή του η μπάρα μειώνεται. Σκοπός είναι η μπάρα να γεμίσει 100% ώστε ο χρήστης να πάρει μια ανταμοιβή. Παρόμοια παραδείγματα χρησιμοποιούνται πιλοτικά για την αντιμετώπιση της Διαταραχής Ελλειμματικής Προσοχής – Υπερκινητικότητας (ΑDHD).

Ακόμη όμως και σε περιπτώσεις λιγότερο σοβαρές, η δυνατότητα της γρήγορης ανατροφοδότησης που προσφέρουν οι τεχνικές διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή, μπορεί να φανεί χρήσιμη στην εκπαίδευση ατόμων με γνωστικές διαταραχές. Για παράδειγμα, ένα παιδί με ελλειμματική προσοχή μπορεί να βοηθηθεί μέσω της εκπαίδευσής του με ένα σύστημα διεπαφής όπου ο χρήστης χρειάζεται να μένει συγκεντρωμένος προκειμένου να κερδίσει μια ανταμοιβή. Το σύστημα μετράει την εγκεφαλική δραστηριότητα σε συγκεκριμένες περιοχές, δίνοντας την κατάλληλη οπτική ανατροφοδότηση στον χρήστη. Με τον καιρό η διαδικασία της συγκέντρωσης αυτοματοποιείται και σταδιακά η ελλειμματική προσοχή μειώνεται[2] . Δεδομένου πως η ανατροφοδότηση μπορεί να γίνει δυνατή για το σύνολο των εγκεφαλικών περιοχών, ανάλογη εκπαίδευση μπορούν να λάβουν και άτομα με άλλα προβλήματα, όπως για παράδειγμα απώλεια ελέγχου των συναισθημάτων.

Φυσικά ο εμπορικός κόσμος δεν θα μπορούσε να μείνει άπραγος μπροστά σε αυτή τη μεγάλη τεχνολογική πρόοδο. Ήδη έχουν κυκλοφορήσει πειραματικά φορητές συσκευές που αξιοποιούν συστήματα διεπαφής με χρήση ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος. Ορισμένες συσκευές στοχεύουν να φανούν χρήσιμες σε ασθενείς, ενώ άλλες να διασκεδάσουν το ευρύ κοινό. Για παράδειγμα η συσκευή  IntendiX επιτρέπει σε ασθενείς να πληκτρολογούν σε ένα εικονικό πληκτρολόγιο με ταχύτητα 10 χαρακτήρων το λεπτό, ενώ το Audeo της εταιρείας Ambient μεταφράζει την πυροδότηση των νευρώνων στις περιοχές που σχετίζονται με τη γλώσσα, παράγοντας υποτυπώδη τεχνητή ομιλία. Και οι δύο αυτές συσκευές προβλέπεται να αναβαθμιστούν και άλλο στο μέλλον και να κάνουν τα πρώτα τους μεγάλα βήματα στην αγορά.

Από την άλλη πλευρά έχουμε και τα συστήματα που στοχεύουν στον μέσο καταναλωτή. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι το παιχνίδι Mindball, όπου οι παίκτες είναι συνδεδεμένοι με ένα ηλεκτροεγκεφαλογράφο και προσπαθούν να μετακινήσουν ένα μπαλάκι στην εστία του αντιπάλου. Ο παίκτης με τη λιγότερη εγκεφαλική ενεργοποίηση -δηλαδή που είναι πιο ήρεμος- κερδίζει. Άλλες φορητές εμπορικές συσκευές διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή είναι το χειριστήριο παιχνιδιών Neural Impulse Actuator, το EPOC-Emotiy, το MindSet-NeuralSky αλλά και το ισπανικό Enobio-StarLab. Όλες αυτές οι συσκευές βασίζονται σε συστήματα ηλεκτροεγκεφαλογράφου, τα οποία είναι και αυτά με το χαμηλότερο κόστος.

Παρόλο που προς το παρόν οι όποιες εμπορικές εφαρμογές προορίζονται κυρίως για εσωτερική κατανάλωση από την επιστημονική κοινότητα, υπάρχουν σίγουρα βλέψεις για εμπορική εκμετάλλευση της τεχνολογίας από τις εταιρίες παραγωγής βιντεοπαιχνιδιών. Φυσικά όμως ο μεγαλύτερος ενδιαφερόμενος για την εμπορική αξιοποίηση της διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή είναι οι εταιρείες βιοπροσθετικών οι οποίες σίγουρα θα αδράξουν την ευκαιρία για μαζική παραγωγή κάποιου πετυχημένου μοντέλου τεχνητού μέλους το οποίο θα καταφέρει να προσφέρει μια πιο ολοκληρωμένη εμπειρία στον χρήστη του.

Το σίγουρο είναι πως αυτή η νέα τεχνολογία ήρθε για να μείνει και θα απασχολήσει έντονα τόσο την ακαδημαϊκή και επιστημονική κοινότητα όσο και την υπόλοιπη κοινωνία. Δημιουργεί την προοπτική για ένα καλύτερο επίπεδο ζωής για τους συνανθρώπους μας που το έχουν ανάγκη και ως ένα βαθμό θα λέγαμε πως λειτουργεί και ως σύμβολο του νέου αιώνα όπου ο άνθρωπος και οι μηχανές έχουν αρχίσει να έρχονται τόσο κοντά όσο ποτέ άλλοτε.

Περισσότερες Πληροφορίες / Βιβλιογραφία

  1. Κεφ. 22-25 (2007). “Toward Brain-Computer Interfacing”. Dornhege, Millán, Hinterberger, McFarland & Müller (Εds.): The MIT Press, London, England. []
  2. Wang et al. (2007). “Brain-computer interfaces based on attention and complex mental tasks”. In Proceedings of the 1st international conference on Digital human modeling (ICDHM’07), Vincent G. Duffy (Ed.). Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 467-473. []
28 Σεπ 2011

Διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή: Μέθοδοι (Μέρος 2/3)

Μέρος πρώτο: Διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή: το μέλλον είναι ήδη εδώ

Μέρος τρίτο: Πρακτικές εφαρμογές

Αν και οι μέθοδοι που χρησιμοποιήθηκαν στα πειράματα που αναφέρθηκαν στο προηγούμενο post ήταν ουσιαστικά εμφύτευση ηλεκτροδίων στον εγκεφαλικό φλοιό των πειραματόζωων και του ασθενούς, οι μέθοδοι που έχουν χρησιμοποιηθεί έως και σήμερα για την δημιουργία συστημάτων διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή είναι πολλές περισσότερες. Γενικά, μπορούν να χωριστούν σε δύο κύριες κατηγορίες, τις επεμβατικές και τις μη-επεμβατικές. Η πρώτη κατηγορία αναφέρεται σε αυτές τις μεθόδους στις οποίες απαιτείται ο χρήστης να υποβληθεί σε κάποιου είδους επέμβαση, συνήθως χειρουργικού τύπου, ώστε να τοποθετηθούν συσκευές ανάγνωσης της εγκεφαλικής δραστηριότητας.

Μία από τις πιο γνωστές επεμβατικές μέθοδοι είναι η ενσωμάτωση ηλεκτροδίων στην φαιά ουσία του εγκεφάλου του ασθενούς. Καθώς στην φαιά ουσία βρίσκονται τα σώματα των νευρώνων η ποιότητα του τελικού καταγεγραμμένου εγκεφαλικού σήματος είναι εξαιρετική. Επιπλέον, αυτή η μέθοδος είναι εξαιρετικά χρήσιμη σε υλοποιήσεις διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή που δεν απαιτείται απλά ανάγνωση του εγκεφαλικού σήματος αλλά ενεργοποίηση πολύ συγκεκριμένων περιοχών του εγκεφάλου. Για παράδειγμα το 2002 εμφυτεύτηκαν ηλεκτρόδια στον ινιακό λοβό (η εγκεφαλική περιοχή που είναι υπεύθυνη για την όραση) τυφλού ασθενούς με σκοπό να τον βοηθήσουν να βλέπει κάποιες σκιές. Ο σχεδιασμός της συσκευής βασιζόταν στην χρήση ειδικής κάμερας ενσωματωμένης στα γυαλιά του ασθενούς η οποία ήταν συνδεδεμένη με τα ηλεκτρόδια στον ινιακό λοβό. Ανάλογα με την ποσότητα φωτός που δεχόταν η κάμερα έστελνε το κατάλληλο σήμα ώστε να ενεργοποιηθούν πολύ συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφαλικού φλοιού, ώστε ο ασθενής να έχει την αίσθηση φωτοψιών στο οπτικό του πεδίο, ξεχωρίζοντας έτσι τις φωτεινές από τις σκοτεινές περιοχές. Η υλοποίηση μιας τέτοιου είδους διεπαφής όπου απαιτείται σχετικά μεγάλη λεπτομέρεια στην επιλογή των νευρώνων προς ερεθισμό θα ήταν πολύ πιο δύσκολη με τη χρήση μη-επεμβατικών μεθόδων.

Τα γυλιά συλλαμβάνουν το φως και το μεταφράζουν σε ηλεκτρικές εκκενώσεις στον ινιακό λοβό του ασθενούς. Αποτέλεσμα της ενεργοποίησης αυτής είναι η αίσθηση φωτοψιών.

Φυσικά, μία χειρουργική επέμβαση στον εγκέφαλο δεν είναι κάτι που μπορεί να γίνεται στον καθένα και για τον οποιοδήποτε λόγο, καθώς υπάρχουν ορατοί κίνδυνοι και παρενέργειες λόγω της επέμβασης. Μερικές φορές μάλιστα η φυσιολογική αντίδραση του οργανισμού για να επουλώσει τις πληγές που προκλήθηκαν από την χειρουργική επέμβαση μπορεί να μειώσει την ποιότητα του εγκεφαλικού σήματος, μηδενίζοντας τα όποια οφέλη μπορεί να προσφέρει η συγκεκριμένη μέθοδος. Για να αποφευχθούν αυτά τα προβλήματα τα τελευταία χρόνια έχουν αρχίσει να αναπτύσσονται κάποιες λιγότερο επεμβατικές μέθοδοι, όπως η χρήση ηλεκτροφλοιγραφήματος , το οποίο βασίζεται στην ίδια λογική με την εμφύτευση ηλεκτροδίων, αλλά σε αυτή την περίπτωση τα ηλεκτρόδια εμφυτεύονται στην περίμετρο του εγκεφάλου και όχι πάνω στην φαιά ουσία. Για την ακρίβεια, η πιο συνηθισμένη τακτική χρήσης ηλεκτροφλοιογραφήματος είναι η εμφύτευσή μιας πλάκας από ηλεκτρόδια κάτω από τη σκληρή μήνιγγα , στην περικρανιακή περιοχή. Τα προτερήματα χρήσης ηλεκτροφλοιογραφήματος είναι ότι έτσι επιτυγχάνεται σχετικά καλή ποιότητα σήματος από συγκεκριμένες εγκεφαλικές περιοχές αποφεύγοντας τις παρενέργειες και τους κινδύνους που εγκυμονεί η εμφύτευση ηλεκτροδίων απευθείας στην φαιά ουσία.

Στην δεύτερη μεγάλη κατηγορία μεθόδων υλοποίησης διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή ανήκουν όλες αυτές που για να πραγματοποιηθούν δεν απαιτείται οποιαδήποτε μορφή επέμβασης στον εγκέφαλο ή το κρανίο του υποψήφιου χρήστη. Η πιο συνηθισμένη τεχνολογία που χρησιμοποιείται είναι το ηλεκτροεγκεφαλογράφημα. Ο χρήστης καλείται να φορέσει ένα ελαστικό καπέλο το οποίο περιέχει μια σειρά από ηλεκτρόδια, κάθε ένα από τα οποία “διαβάζει” τη δραστηριότητα από μία διαφορετική περιοχή του εγκεφάλου. Το πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι κυρίως η ευκολία εφαρμογής της αλλά και η σχετικά γρήγορη ταχύτητα καταγραφής του εγκεφαλικού σήματος, κάτι που επιτρέπει για πιο διαδραστικές εφαρμογές της διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή. Το κύριο μειονέκτημα όμως είναι το γεγονός ότι το ηλεκτροεγκεφαλογράφημα μπορεί να “διαβάσει” μόνο περιφλοιϊκές περιοχές, καθιστώντας αδύνατη την καταγραφή δραστηριότητας εγκεφαλικών περιοχών που βρίσκονται στον λεγόμενο βαθύ εγκέφαλο. Το δεύτερο μειονέκτημα είναι η δυσκολία εντοπισμού του σήματος μιας πολύ μικρής εγκεφαλικής περιοχής, καθώς τα ηλεκτρόδια του ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος είναι μόλις μερικές δεκάδες με αποτέλεσμα το κάθε ένα από αυτά να καταγράφει ταυτόχρονα μερικές χιλιάδες νευρώνων.

Μια δεύτερη μέθοδος που χρησιμοποιείται ευρέως είναι η λειτουργική μαγνητική τομογραφία. Σε αυτή την περίπτωση ο χρήστης τοποθετείται στον μαγνητικό τομογράφο που βρίσκεται σε ειδικό θάλαμο και συνήθως καλείται να ελέγξει το περιεχόμενο που βλέπει στην οθόνη που βρίσκεται μπροστά του (π.χ. να κινήσει έναν κέρσορα, να αυξομειώσει κάποιες μπάρες αυξομειώνοντας την εγκεφαλική του δραστηριότητα σε συγκεκριμένες εγκεφαλικές περιοχές κ.α.). Το πλεονέκτημα της λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας είναι η πολύ υψηλή οπτική ανάλυση που επιτρέπει στον ερευνητή να εξάγει δεδομένα για πολύ μικρές περιοχές του εγκεφάλου, είτε αυτές βρίσκονται στον εγκεφαλικό φλοιό είτε πιο βαθιά στον εγκέφαλο. Λόγω αυτού του ατού, η διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή με τη χρήση αυτής της μεθόδου θεωρείται ιδανικό εργαλείο για την αντιμετώπιση ψυχοφυσιολογικών διαταραχών που σχετίζονται με συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου που δεν είναι εύκολα προσβάσιμες διαφορετικά[1] . Από την άλλη πλευρά η μαγνητική τομογραφία δεν μπορεί να λάβει χώρα οπουδήποτε. Ο τεράστιος μαγνητικός τομογράφος φυσικά δεν μπορεί να μετακινηθεί, κάτι που καθιστά το fMRI πολύ κακή επιλογή για την υλοποίηση συστημάτων διεπαφής για να επιλύσουν καθημερινά προβλήματα των υποψήφιων χρηστών (π.χ. χρήση βιονικού χεριού ή χρήση ενός υπολογιστή με την σκέψη). Αυτός είναι και ο βασικός λόγος που η μαγνητική τομογραφία χρησιμοποιείται περισσότερο στην έρευνα, ενώ άλλες μέθοδοι κυρίως για την υλοποίηση πρακτικών εφαρμογών.

Φυσικά υπάρχουν και άλλες μέθοδοι που έχουν χρησιμοποιηθεί για εφαρμογές διεπαφής όπως π.χ. το μαγνητοεγκεφαλογράφημα αλλά ο κύριος όγκος των ερευνών γίνεται με ηλεκτροεγκεφαλογράφημα, λειτουργική μαγνητική τομογραφία και επεμβατικές μεθόδους εμφύτευσης ηλεκτροδίων.


Περισσότερες Πληροφορίες / Βιβλιογραφία

  1. Sitaram et al. (2007). “FMRI brain-computer interface: a tool for neuroscientific research and treatment”. Computational Intelligence and  Neuroscience. 25487 []