Siła prostoty
Bezpośrednie wybieranie jednej z dwudziestu czterech liter alfabetu łacińskiego oraz spacji i znaków interpunkcyjnych byłoby zbyt trudne – nie dla systemu analizującego sygnały z mózgu operatora, ale dla korzystającego z BCI człowieka. Musiałby on niezwykle precyzyjnie kontrolować nawet nie własne myśli, co aktywność poszczególnych ośrodków mózgowych. Wymóg tak dużej precyzji zmniejszyłby wydajność i efektywność całego systemu. Nawet przy założeniu, że operator będzie odpowiednio przeszkolony, liczba popełnianych w trakcie wprowadzania błędów musiałaby być wysoka. Takie zresztą są doświadczenia z badań przeprowadzanych przez amerykańskie i japońskie ośrodki nad wykorzystaniem myśli do sterowania maszynami.
Niemieccy naukowcy skonstruowali tymczasem system, który wyróżnia się wyjątkową prostotą obsługi. Przeprowadzone testy wykazały, że wystarczy około dwudziestu minut treningu, a następnie około minuty “kalibrowania” maszyny do specyfiki danego użytkownika, by móc efektywnie korzystać z BCI.
Wymach wirtualną ręką
Działanie BCI opiera się na nieinwazyjnym pomiarze i analizie wielokanałowego elektroencefalogramu. Operator zakłada specjalny czepek z elektrodami mierzącymi aktywność elektryczną poszczególnych obszarów mózgu. Te sygnały są następnie wzmacniane, analizowane, a pewnym ich konfiguracjom przypisane zostały proste akcje, takie jak “przesuń kursor w prawo”, “przesuń kursor w lewo” oraz “zatwierdź”. To wystarcza do przeprowadzenia każdej operacji.
Warunkiem efektywnego posługiwania się systemem BCI jest, by operator wydał myślowo polecenie poruszenia kończynami, jednak bez zainicjowania fizycznego ruchu. Innymi słowy musi on chcieć poruszyć lewą lub prawą ręką, jednak równocześnie powstrzymać się przed realizacją tych czynności. BCI odczyta zwiększenie aktywności pewnych ośrodków ruchowych w mózgu i zinterpretuje je jako polecenie dla systemu do przesunięcia kursora.
Żonglowanie pięciokątami
Wyświetlona przed osobą korzystającą z Brain-Computer Interface “klawiatura” składa się z sześciu sześciokątów, z których każdy zawiera pięć liter lub znaków interpunkcyjnych. W pierwszej fazie wybiera się sześciokąt, następnie zaś już z niego – właściwą literę. Procedurę tę powtarza się do momentu, aż wprowadzi się całe zdanie.
Obecnie wpisanie powyższą metodą prostego zdania trwa co najmniej kilka minut. W zależności od indywidualnych predyspozycji osoba po krótkim przeszkoleniu jest w stanie komunikować się w ten sposób w tempie od 15 do 35 bitów na minutę. Nie oznacza to jednak, że potrafi ona w tym czasie wpisać kilkanaście liter. Do wprowadzenia jednego znaku może być niezbędne przesłanie od kilku do kilkunastu bitów, w zależności od aktualnego położenia kursora. Jeśli następna litera jest w tym samym sześciokącie co już wprowadzona, jej wskazanie będzie prostsze niż “wyjście” z sześciokąta, wybranie innego i wskazanie w nim odpowiedniego znaku.
Trwają też badania nad optymalnym layoutem wyświetlanej na ekranie “klawiatury”. Pracuje się również nad udoskonaleniem sensorów, tak by zwiększenie ich czułości zmniejszyło wymaganą precyzję “poleceń” wydawanych przez operatora.
Nie tylko dla niepełnosprawnych
Najbardziej oczywiste zastosowanie BCI to pomoc dla osób całkowicie sparaliżowanych, które korzystając z dzisiejszej technologii, mogłyby się komunikować ze światem. W miarę usprawnienia tych interfejsów obszary ich zastosowań staną się znacznie szersze. W pierwszej kolejności urządzenia z tym interfejsem trafią do pracowników, którzy podczas pracy mają ograniczoną swobodę ruchów, jak nurków, techników pracujących w elektrowniach atomowych czy wreszcie wszystkich osób, których charakter pracy wyklucza korzystanie z jakichkolwiek klawiatur, rysików itp. W dalszej kolejności zainteresują się tymi urządzeniami także osoby wymagające w codziennej pracy obu rąk i niemające odpowiedniej swobody do operowania klawiaturą i myszką.
Inne potencjalne zastosowania związane są nie tyle ze sterowaniem, co z komputerową analizą pobranych danych. Zaliczają się do nich systemy monitorujące poziom zmęczenia u zawodowych kierowców i pilotów na podstawie szybkości reakcji ośrodków mózgu na zdarzenia. Jeśli koszty takiego diagnozowania byłyby odpowiednio niskie, podobne urządzenia trafiłyby także do przedstawicieli innych zawodów.
Dla cywili – tanio4
Nad podobnym interfejsem pracują od lat naukowcy zatrudnieni przez ministerstwo obrony USA. Cele amerykańskich badaczy i ich niemieckich kolegów różnią się jednak znacznie. Pentagonowi zależy na systemie dla pilotów samolotów bojowych. Interfejs musi więc gwarantować błyskawiczną reakcję i dużą precyzję, nawet jeśli te cechy możliwe będą do osiągnięcia jedynie w połączeniu ze żmudnym treningiem operatora. Z drugiej zaś strony celem prac prowadzonych w Instytucie Fraunhofera jest skonstruowanie interfejsu łatwego do opanowania przez każdego. Szybkość wprowadzania danych i precyzja nie są kwestiami kluczowymi.
Jest jeszcze jedna istotna różnica – militarny interfejs amerykański może być kosztowny, bo w niewielkim stopniu wpłynie na liczoną w dziesiątkach milionów dolarów od sztuki finalną cenę myśliwca następnej generacji. BCI musi być natomiast tani, aby znalazł powszechne zastosowanie “w cywilu”.
Zamiast czy oprócz klawiatury?
Czy BCI lub podobny interfejs zastąpi klawiaturę i myszkę? Jest to raczej mało prawdopodobne. Trudno byłoby wykazać, aby “mózgowy interfejs” dla przeciętnego użytkownika komputera miał jakąś przewagę nad stosowanymi dzisiaj. Może on jednak stać się uzupełnieniem dla tradycyjnych sposobów wprowadzania danych, podobnie jak myszka stała się uzupełnieniem klawiatury. Najbardziej prawdopodobne jest pojawienie się takiego sterowania w grach. Jeśli tam się to przyjmie, zapewne zostanie wykorzystane w poważniejszych zastosowaniach.
Znacznie bardziej obiecujące są możliwości wykorzystania BCI w urządzeniach przenośnych, zwłaszcza korzystających z rzeczywistości rozszerzonej (ang. Augmented Reality, patrz: “$(LC60309:Nowy, szalony świat)$”). Oczywiście warunkiem jest opracowanie wygodnego sposobu montowania elektrod, bo raczej nikt nie będzie skłonny paradować po ulicy w gumowym czepku.
