Brain Computer Interface - Η μετατροπή της σκέψης σε πληροφορία

Μια συσκευή καταγραφής εγκεφαλικών σημάτων (EEG), αποτελεί τον μεταφραστή της σκέψης του ανθρώπου σε γλώσσα που μπορεί η μηχανή να "καταλάβει".

Το Brain–Computer Interface (BCI) σχεδιάστηκε ως μια ριζικά διαφορετική συσκευή εισόδου, η οποία επιχειρεί να καταργήσει πλήρως τη μυϊκή κίνηση ως ενδιάμεσο ανάμεσα στον άνθρωπο και τον υπολογιστή. Σε αντίθεση με το πληκτρολόγιο, το ποντίκι, τη γραφίδα, ή τις χειρονομίες και άλλα μέσα το BCI βασίζεται στην άμεση ανίχνευση της νευρικής δραστηριότητας του εγκεφάλου, επιτρέποντας στον χρήστη να επικοινωνεί με το ψηφιακό σύστημα μέσω της σκέψης και μόνο.

Η ιστορία του Brain–Computer Interface αποτελεί ίσως τη πιο ριζοσπαστική μετατόπιση στο παράδειγμα της αλληλεπίδρασης ανθρώπου–υπολογιστή. Ενώ τεχνολογίες όπως το Apple Newton προσπάθησαν να ψηφιοποιήσουν υπάρχουσες ανθρώπινες κινήσεις, το BCI επιχειρεί να παρακάμψει εντελώς το σώμα. Η ανάπτυξή του ξεκίνησε κυρίως από την ανάγκη αποκατάστασης βασικών λειτουργιών επικοινωνίας και ελέγχου σε άτομα με σοβαρές κινητικές αναπηρίες, όμως σταδιακά εξελίχθηκε σε ένα ευρύτερο πεδίο πειραματισμού με στόχο την εξέλιξη και την κατανόηση της ανθρώπινης σκέψης και μετάφραση της σε πραγματικά δεδομένα προς χρήση.

σχεδιαστική φιλοσοφία του BCI βασίζεται στην ιδέα της αδιαμεσολάβητης διάδρασης. Αντί ο χρήστης να μεταφράζει τη σκέψη του σε φυσική πράξη —όπως το πάτημα ενός πλήκτρου ή την κίνηση ενός δείκτη— το σύστημα προσπαθεί να αναγνωρίσει απευθείας την πρόθεση. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω της καταγραφής ηλεκτρικών σημάτων του εγκεφάλου, συνήθως με ηλεκτροεγκεφαλογράφημα (EEG) ή με εμφυτευμένους αισθητήρες, και της μετέπειτα επεξεργασίας τους από αλγορίθμους μηχανικής μάθησης [1]. Με αυτόν τον τρόπο, η σκέψη μετατρέπεται σε έτοιμη “πληροφορία” ώστε ένα σύστημα να την επεξεργαστεί ανάλογα.

Ωστόσο, μια τόσο φιλόδοξη τεχνολογία έχει αδιαμφισβήτητα και σοβαρά εμπόδια στην υλοποίηση και σωστή χρήση της, με την κορυφή να είναι φυσικά ο θόρυβος. Τα εγκεφαλικά σήματα είναι εξαιρετικά σύνθετα, ασταθή και συχνά επικαλύπτονται από άλλες βιολογικές διεργασίες. Ο άνθρωπος είναι ένα σύνθετο, μοναδικό και πολυδιάστατο όν, πράγμα που καθιστά την ερμηνεία της σκέψης μαι εξαιρετικά δύσκολη διαδικασία και απαιτεί υψηλή υπολογιστική ισχύ και πολύπλοκους αλγορίθμους, οι οποίοι ακόμη και σήμερα παρουσιάζουν περιορισμένη ακρίβεια [2]. Το αποτέλεσμα είναι να υπάρχει ένα “δίπολο”. Το BCI φυσικά υπόσχεται απόλυτη φυσικότητα στην ερμηνεία της σκέψης, αλλά παρατηρείται ότι στην πράξη απαιτεί έντονη συγκέντρωση από τον χρήστη, εκπαίδευση και έλεγχο της ίδιας του της σκέψης.

Αν και το BCI μειώνει δραστικά τη φυσική προσπάθεια, συχνά αυξάνει το γνωστικό φορτίο. Ο χρήστης τελικά δεν «σκέφτεται ελεύθερα», αλλά μαθαίνει να σκέφτεται με τρόπους που το σύστημα μπορεί να αναγνωρίσει για να πετύχει το στόχο του. Παρ’ όλα αυτά, πολλές μελέτες δείχνουν ότι η αντίληψη των χρηστών για το BCI παραμένει θετική, ακόμη και όταν η απόδοση είναι χαμηλή για τα δεδομένα της τρέχουσας ανάπτυξης του. [3]

Το sensory homunculus, μια οπτική αναπαράσταση του ανθρώπινου σώματος, όπου το μέγεθος των τμημάτων του σώματος είναι ανάλογο με την έκταση του φλοιού του εγκεφάλου που τα αντιπροσωπεύει.

Η κατανόηση της χαρτογράφησης του εγκεφάλου, όπως αποτυπώνεται παραπάνω στο sensory homunculus, αποτελεί κρίσιμο στοιχείο για τον σχεδιασμό BCI συστημάτων. Η γνώση των περιοχών που αντιστοιχούν σε συγκεκριμένες λειτουργίες επιτρέπει στους αισθητήρες να εστιάζουν σε νευρωνικά μοτίβα που σχετίζονται με τον έλεγχο της κίνησης, της γλώσσας ή της φαντασίας. [4]

Παρά το γεγονός ότι το BCI παραμένει σε εμβρυακό στάδιο για μαζική χρήση, η κληρονομιά του είναι ήδη εμφανής. Πρώτον, έχει φέρει επανάσταση στις υποστηρικτικές τεχνολογίες, προσφέροντας σε άτομα με πλήρη παράλυση τη δυνατότητα επικοινωνίας και ελέγχου. Δεύτερον, έχει ωθήσει την ανάπτυξη βιοαισθητηριακών συστημάτων που ανιχνεύουν καταστάσεις όπως η συγκέντρωση, η κόπωση ή το στρες. Τρίτον, έχει αναδείξει κρίσιμα ηθικά ζητήματα, όπως η έννοια της γνωστικής ιδιωτικότητας, καθώς για πρώτη φορά μια διεπαφή αποκτά πρόσβαση στο πιο εσωτερικό επίπεδο της ανθρώπινης εμπειρίας: τη σκέψη.

Συνοψίζοντας, το Brain–Computer Interface βρίσκεται στο άκρο της εξελικτικής πορείας των συσκευών εισόδου. Από την χρήση του ποντικιού και την γραφή με το πληκτρολόγιο, η αλληλεπίδραση μετατοπίζεται πλέον στο εσωτερικό του ανθρώπου. Το BCI δεν αποτελεί απλώς μια νέα τεχνολογία εισόδου, αλλά μια μεταβατική ιδέα που επαναπροσδιορίζει τα όρια μεταξύ ανθρώπινης βιολογίας και ψηφιακού συστήματος, προαναγγέλοντας ίσως ένα μέλλον όπου η διάδραση δεν θα ξεκινά από την κίνηση, αλλά από τη σκέψη και θα είναι πιο άμεση από ποτέ.

[1] Wolpaw, J. R., & Wolpaw, E. W. (2012). Brain–Computer Interfaces: Principles and Practice. Oxford University Press.

[2] Tan, D., & Nijholt, A. (2010). Brain-Computer interfaces and Human-Computer interaction. In Human-computer interaction series (pp. 3–19). https://doi.org/10.1007/978-1-84996-272-8_1

[3] McFarland, D. J., & Wolpaw, J. R. (2017). “EEG-Based Brain–Computer Interfaces.” Current Opinion in Biomedical Engineering, 4, 194–200.

[4] Vidal, J. J. (1973). “Toward Direct Brain–Computer Communication.” Annual Review of Biophysics and Bioengineering, 2, 157–180.