Ερευνητές του University of California – San Francisco έδωσαν τη δυνατότητα σε έναν άνδρα με παράλυση να ελέγχει ένα ρομποτικό χέρι μέσω μιας συσκευής που μεταδίδει σήματα από τον εγκέφαλό του σε έναν υπολογιστή.

Κατάφερε να πιάσει, να μετακινήσει και να αφήσει αντικείμενα, απλώς σκεπτόμενος ότι εκτελεί τις αντίστοιχες κινήσεις. Η συσκευή, γνωστή ως διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή (brain-computer interface, BCI), λειτούργησε για 7 μήνες χωρίς να χρειαστεί εκ νέου ρύθμιση. Μέχρι τώρα, τέτοιες συσκευές λειτουργούσαν μόνο για μία ή δύο ημέρες.

Η συμβολή της τεχνητής νοημοσύνης

Το BCI βασίζεται σε ένα μοντέλο τεχνητής νοημοσύνης που μπορεί να προσαρμοστεί στις μικρές αλλαγές που λαμβάνουν χώρα στον εγκέφαλο καθώς ένα άτομο επαναλαμβάνει μια κίνηση – ή σε αυτή την περίπτωση, μια φανταστική κίνηση – και μαθαίνει να την κάνει με έναν πιο βελτιωμένο τρόπο.

«Αυτός ο συνδυασμός μάθησης μεταξύ ανθρώπων και τεχνητής νοημοσύνης αποτελεί την επόμενη φάση για τις διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή», δήλωσαν οι ερευνητές. «Είναι αυτό που χρειαζόμαστε για να επιτύχουμε προηγμένη, ρεαλιστική λειτουργία».

Η μελέτη τους έχει δημοσιευθεί στο Cell.

Το κλειδί για να γίνει αυτή η λειτουργία πραγματικότητα, όπως εξηγούν, ήταν να ανακαλύψουμε τον τρόπο με τον οποίο η δραστηριότητα μετατοπίζεται στον εγκέφαλο μέρα με τη μέρα, καθώς ένας συμμετέχων φανταζόταν επανειλημμένα ότι έκανε συγκεκριμένες κινήσεις.

Μόλις η τεχνητή νοημοσύνη προγραμματίστηκε ώστε να λαμβάνει υπόψη της αυτές τις μετατοπίσεις, η συσκευή λειτούργησε για μήνες χωρίς απρόοπτα.

Ζήτημα τοποθεσίας

Οι ερευνητές μελέτησαν πώς τα μοτίβα της εγκεφαλικής δραστηριότητας στα ζώα αναπαριστούν συγκεκριμένες κινήσεις και είδαν ότι οι αναπαραστάσεις αυτές άλλαζαν καθημερινά καθώς το ζώο μάθαινε. Υποπτεύθηκαν στην συνέχεια ότι το ίδιο μπορεί να συμβαίνει και στους ανθρώπους και γι’ αυτό τα BCI τους έχαναν τόσο γρήγορα την ικανότητα να αναγνωρίζουν αυτά τα μοτίβα.

Για την μελέτη τους, οι ερευνητές συνεργάστηκαν με έναν συμμετέχοντα όπως είχε παραλύσει από εγκεφαλικό επεισόδιο χρόνια νωρίτερα. Δεν μπορούσε να μιλήσει ή να κινηθεί. Είχε εμφυτευμένους μικροσκοπικούς αισθητήρες στην επιφάνεια του εγκεφάλου του, οι οποίοι μπορούσαν να ανιχνεύσουν την εγκεφαλική δραστηριότητα όταν φανταζόταν ότι κινείται.

Για να δουν αν τα εγκεφαλικά του μοτίβα άλλαζαν με την πάροδο του χρόνου, οι ερευνητές ζήτησαν από τον συμμετέχοντα να φανταστεί να κινεί διάφορα μέρη του σώματός του, όπως τα χέρια, τα πόδια ή το κεφάλι του.

Παρόλο που δεν μπορούσε στην πραγματικότητα να κινηθεί, ο εγκέφαλος του συμμετέχοντα μπορούσε να παράγει τα σήματα για μια κίνηση όταν φανταζόταν τον εαυτό του να την κάνει. Το BCI κατέγραψε τις αναπαραστάσεις του εγκεφάλου για αυτές τις κινήσεις μέσω των μικροσκοπικών αισθητήρων.

Σύμφωνα με τους ερευνητές, το σχήμα των αναπαραστάσεων στον εγκέφαλο παρέμενε το ίδιο, αλλά οι θέσεις τους μετατοπίζονταν ελαφρώς από μέρα σε μέρα.

Από τo εικονικό στο πραγματικό

Οι ερευνητές ζήτησαν από τον συμμετέχοντα να φανταστεί τον εαυτό του να κάνει απλές κινήσεις με τα δάχτυλα, τα χέρια ή τους αντίχειρές του κατά τη διάρκεια δύο εβδομάδων, ενώ οι αισθητήρες κατέγραφαν την εγκεφαλική του δραστηριότητα για να εκπαιδεύσουν το μοντέλο τεχνητής νοημοσύνης.

Στη συνέχεια, ο συμμετέχων προσπάθησε να ελέγξει έναν ρομποτικό βραχίονα και ένα ρομποτικό χέρι. Αλλά οι κινήσεις εξακολουθούσαν να μην είναι πολύ ακριβείς.

Έτσι, οι ερευνητές έβαλαν τον συμμετέχοντα να εξασκηθεί σε έναν εικονικό ρομποτικό βραχίονα, που τους έδινε feedback σχετικά με την ακρίβεια των απεικονίσεών του. Τελικά, ο εικονικός βραχίονας κατάφερε να εκτελέσει τις κινήσεις με ακρίβεια.

Μόλις ο συμμετέχων άρχισε να εξασκείται με το πραγματικό ρομποτικό χέρι, χρειάστηκαν μόνο μερικές συνεδρίες εξάσκησης για να μεταφέρει τις δεξιότητές του στον πραγματικό κόσμο.

Ο συμμετέχων κατάφερε να κάνει τον ρομποτικό βραχίονα να σηκώνει τουβλάκια, να τα στρίβει και να τα μετακινεί σε νέες θέσεις. Κατάφερε επίσης να ανοίξει ένα ντουλάπι, να βγάλει ένα φλιτζάνι και να το τοποθετήσει κάτω από έναν ψύκτη νερού.

Μήνες αργότερα, ο συμμετέχων εξακολουθούσε να είναι σε θέση να ελέγχει το ρομποτικό χέρι μετά από μια δεκαπεντάλεπτη «ρύθμιση» για να προσαρμοστεί στον τρόπο με τον οποίο οι αναπαραστάσεις των κινήσεών του είχαν μετατοπιστεί από τότε που άρχισε να χρησιμοποιεί τη συσκευή.

Οι ερευνητές εργάζονται τώρα για να τελειοποιήσουν τα μοντέλα τεχνητής νοημοσύνης, ώστε το ρομποτικό χέρι να κινείται πιο γρήγορα και ομαλά ενώ σχεδιάζουν να δοκιμάσουν το BCI σε οικιακό περιβάλλον.