A agy-számítógép interfész - rövidített IND BCI vagy ICM (agy-gép interfész, vagy Brain-Computer Interface) felületet a kommunikáció között közvetlenül a agy és a külső eszköz (a számítógép , a rendszer elektronika ...). Ezeket a rendszereket az agy tanulmányozására, a megismerés vagy a cselekvés sikertelen emberi funkcióinak segítésére, javítására vagy javítására lehet megtervezni .
Az IND lehet egyirányú vagy kétirányú.
Ez a perifériás típus alapvetően különbözik minden más ember-gép interfésztől : egy ilyen kapcsolat valójában nem igényli az agyi aktivitás által kibocsátott elektromos jel előzetes átalakítását izom ( pszichomotoros ) aktivitássá, ez utóbbi általában a bemenet a géphez.
Azáltal, hogy felszabadul az "agy, idegek, izmok, a hagyományos ember-gép interfész" reakcióláncból, a válaszidők tizedmásodperccel lerövidülhetnek egy sürgős interakció esetén . Ezen kívül hagyják a motoros és szenzoros szervek ( kéz , láb , szemek , stb) ingyenes, és más típusú egyidejű ellenőrzésben.
küldhet ( bérlőt ) egy gépi bemenetre, vagy fogadhat ( vezetéket ) a gép kimeneti információiról, de soha nem mindkettőt egyszerre, mert mindegyik interfész egy meghatározott felhasználásra szolgál, mint bármelyik I / O hardver a számítástechnikában . Példa egyirányú IND-ra: cochleáris implantátum (bemenet), EEG kontrolláló protézis (output).
Közvetlen neurális interfészt vagy beültetnek az agyba ; ezután invazív IND-ról fogunk beszélni, vagyis az agyi képalkotó technika segítségével csak külsőről, mint a legtöbb esetben az EEG -ről. Mind az emberi / állati kéregre , mind az idegsejtek kultúrájára utal . Az agyat nem szabad úgy értelmezni, mint "csak logikai érvelésre képes entitást (rendszert)", mivel csak az idegsejtek elektromos tulajdonságait használják ki.
Az IND-ok kutatása az 1970-es években kezdődött a Los Angeles-i Kaliforniai Egyetemen (UCLA) a Nemzeti Tudományos Alap támogatásával , majd a Védelmi Haladó Kutatási Projektek Ügynökségével ( DARPA ) kötött szerződéssel . A kutatással kapcsolatos tudományos publikációk először említik az agy-számítógép interfész kifejezést .
Más csoportos munka Schmidt, Fetz és Baker felügyelete alatt ugyanebben az időszakban megállapította, hogy a büntetés és jutalomképzés módszerével a majmok gyorsan megtanulhatják az egyes idegsejtek gyakoriságát az elsődleges motoros kéreg akaratával szabályozni.
A Fetz és munkatársai által végzett kondicionáló vizsgálat először azt mutatta be, hogy a majom pusztán gondolkodással képes megtanulni irányítani a biofeedback berendezések reakcióját . Ez a munka már az 1970-es években lehetővé tette annak demonstrálását, hogy a majom képes szabályozni az elsődleges motoros kéregben található idegsejtek vagy idegsejtcsoportok egyedi aktivitását , amikor a kísérletező megjutalmazza őket, ha meghatározott idegi utat használnak. Ettől az időponttól kezdődnek az első tanulmányok, amelyek célja a cselekvéshez vezető idegi utat irányító algoritmusok megértése.
Az 1980-as években Apostolos Georgopoulos, a Johns Hopkins Egyetemtől talált egy matematikai törvényt a rhesus makákóban, amely elmagyarázza karja mozgásirányát a motoros kéreg egyetlen idegsejtjének elektromos aktivitásának függvényében. Ez a funkció lényegében koszinusz volt . Azt is felfedezte, hogy az agy több régiójában szétszórt neuroncsoportok irányítják a mozgást. Felszereltsége sajnos nem tette lehetővé, hogy aktivitást rögzítsen ezeken a területeken egyszerre.
Az 1990-es évektől kezdve az IND-ok kutatása gyorsan haladt. Számos kutatócsoportnak, köztük Richard Andersennek, John Donoghue-nak, Phillip Kennedy-nek, Miguel Nicolelis-nek és Andrew Schwartznak sikerült az agy motoros központjaiból származó hullámokat elkapnia, és a berendezések vezérléséhez felhasználni.
Phillip Kennedy és munkatársai készítették az első intrakortikális agy-számítógép interfészt. Egy majom agyába elektródák beültetésével csatlakoztatták.
1999-ben egy kutatócsoportnak Yang Dan vezetésével, a kaliforniai Berkeley Egyetemen sikerült dekódolni az idegsejtek aktivitását a macskák által látott képek reprodukálása érdekében. A csapat ehhez a thalamusba beültetett elektródák hálózatát használta (amely az érzékelés összes idegi impulzusának belépési pontja). Pontosabban 177 agysejtet céloztak meg a thalamus laterális genikuláris magjának területén, amelyek a retinából származó jeleket dekódolják. Nyolc rövid filmet mutattak be a macskáknak, miközben rögzítették neuronjaik aktivitását. Matematikai jelfeldolgozással a kutatók képesek voltak dekódolni a rögzített jeleket és rekonstruálni a macskák által látottakat. Hasonló kutatásokat azóta végeztek japán kutatók is .
Miguel Nicolelis elősegítette az elektródok tömeges használatát az agy nagy területein annak érdekében, hogy egy nagyon teljes jelet kapjon, amely lehetővé teszi az IND vezérlését. Úgy véljük, hogy ez a fajta eszköz lehetővé teszi az eredmények változékonyságának csökkentését, amelyeket kisebb számú elektródával érnek el. Miután az 1990-es években számos vizsgálatot végzett patkányokon, Nicolelis és munkatársai kifejlesztettek egy IND-et, amely képes dekódolni az éjszakai majmok neuronális aktivitását. Ezzel az eszközzel robotmajjal reprodukálták a majom mozgását. A majmokat nagy ügyességük miatt választották, ami nagyon szélesre tette a vizsgálati teret.
Már a 2000-es években ez a csapat készített egy IND-ot, amely megismételte a bagolymajom mozgását, amikor egy kontrollerrel manipulálva megragadja az ételt. Ez az IND valós időben működött, és lehetővé tette egy távoli robot vezérlését is az interneten keresztül. Mivel a majom nem láthatta ezt a távoli robotot, ez a kísérlet lehetővé tette egy nyílt hurkú IND rendszer tesztelését (visszacsatolás nélkül).
Nicolelis ezután rhesusmajmokon végezte kísérleteit, akiknek az agya közelebb áll az emberekéhez. A majmokat arra oktatták, hogy elérjék és megragadják a számítógép képernyőjén bemutatott tárgyakat. Gondolatukat dekódolták és továbbították egy robotkarnak, amelynek mozgását nem láthatták. Ezt követően a majmok megtanulták ellenőrizni a robotkar mozgását. Az IND felvette a mozgás sebességének szándékát, valamint a majom által a tárgyak elkapására használt erő szándékát.
Számos másik csapat fejlesztette ki az IND-eket és az idegi jelek dekódolásához szükséges algoritmusokat. Ide tartozik John Donoghue a Brown Egyetemről , Andrew Schwartz a Pittsburghi Egyetemről és Richard Andersen a Caltech-től . Kisebb számú idegsejt aktivitásának dekódolása alapján fejlesztettek ki IND-okat (15–30 neuron 50–200 neuronnal szemben a Nicolelis-csoport esetében).
Donoghue csapata rhesus makákókat képzett ki arra, hogy IND segítségével nyomon kövessék a vizuális célpontokat a számítógép képernyőjén joystick (zárt vagy nyitott hurok) használatával vagy anélkül. A Schwartz-csapat létrehozott egy IND-ot, hogy szimulálja a mozgásokat egy virtuális világban. Ez a kutatás akkor került a címlapokra, amikor egy majmot mutattak be, amely csak gondolat által vezérelt robotkar segítségével táplálta a tésztát.
Az Andersen-csoport rögzítette a mozgás előtti idegsejtek aktivitását a hátsó parietális kéregben az általuk kifejlesztett IND felhasználásával. Ezek a neuronok jelet adnak, amikor a majom jutalomra számít.
Jelenleg az IND-okat fejlesztik a végtag mozgási szándékának eredeténél jelentkező jelek befogására. Vannak IND-ek is az izmok elektromos aktivitásának előrejelzésére (elektromiográfia). Ez a fajta IND az izmok mesterséges stimulálásával segít a bénult végtag mobilitásának helyreállításában.
Miguel Nicolelis és munkatársai kimutatták, hogy bizonyos nagy idegsejtcsoportok aktivitásának mérésével meg lehet jósolni a végtag helyzetét. Ez a munka az agy-gép interfész, vagyis egy olyan elektronikus rendszer létrehozásának az eredete, amely leolvassa a végtag mozgatásának szándékát és átalakítja azt egy mesterséges végtag működtetésére. Carmena és munkatársai azzal érvelnek, hogy a majom agya átrendeződik, és magában foglalja a robotkar ábrázolását saját végtagjának meghosszabbításaként.
Az IND technológia gyengesége az érzékelők hiánya, amely megbízható, biztonságos és robusztus érzékelést ad az agyhullámokról. Valószínű, hogy ez a típusú érzékelő a következő években elérhető lesz. Ez nagymértékben növelné az IND-ek által nyújtott alkalmazások számát.
Az IND fejlesztése bonyolult és időigényes. Ennek a kérdésnek a kezelésére a D r Gerwin Schalk sokoldalúan kijelölt IND2000 rendszert fejlesztett ki különféle keresések végrehajtására. Az IND2000-et 2000 óta fejlesztik egy projektnek köszönhetően, amelyet a New York-i Állami Egészségügyi Minisztérium ( Albany , New York, Egyesült Államok ) Wadsworth Center (en) „Brain - Computer Interface K + F Programja” vezet.
Van egy távérzékelési technika is (fizikai kapcsolat nélkül), amely az ioncsatorna-aktivitás - például a rodopszin - mérését használja genetikailag rokon neuronkészletek aktivitásának monitorozására. Ez a technika lehetővé tette az egér mozgásának döntési folyamatának rögzítését.
Az 1970-es évek óta az IND kutatási területe drámai módon megnőtt, főként a neuroprotetikák (neuroprotetikák) tekintetében , amelyek feladata a hallás, a látás vagy a motoros fogyatékosság helyreállítása.
Az agy fantasztikus plaszticitásának köszönhetően megfigyelték, hogy a protézisek által előidézett idegi impulzus egy alkalmazkodási időszak után természetes impulzusként kezelhető.
Az utóbbi idők legújabb fejleményeinek köszönhetően az IND nemcsak helyreállítja az elveszett képességeket (például hallás , látás vagy akár mozgás), de képes tovább bővíteni ezeket a képességeket, jóval meghaladva a lehetőségeket. Természetes (például a PC kurzorának gyors irányítása) és egyszerű egérrel , online játékokkal és még robot végtagokkal sem elérhető pontosság ).
2010 óta egy orvostechnikai vállalat finanszírozza a „BCI Awards” díjat, amely lehetővé teszi az IND kutatóinak a világ minden tájáról, hogy publikációikat zsűri elé tegyék, és esetleg 3000 dolláros díjat nyerjenek . Minden évben követhetjük az 1. mező legújabb fejleményeit . Az utóbbi évek legjobb publikációiban találhatunk például kézprotézisek létrehozását kvadriplegikához vagy a fantomfájdalom kezeléséhez egy elveszett végtagban. A területen elért haladások többsége mindazonáltal továbbra is a technikai rend jelenlegi pillanatában marad, és nem praktikus, az idegimpulzusok által előállított jelek feldolgozása nagyon összetett a kódoláshoz / dekódoláshoz.
Lehetséges , hogy egyesek elképzelték egy exocortex létrehozását .
A károsodott kommunikációs képességekkel rendelkező betegek profitálhatnak a közvetlen neurális interfész technológiájából ( többek között a BrainGate-en keresztül ) a kommunikációhoz.
Ezzel a módszerrel egy számítógépes egeret képzelnek el a kezük alatt, és gondolkodással sikerül egy kurzort mozgatniuk egy képernyőn mintázott virtuális billentyűzeten .
A betűk mellett a billentyűzet tartalmaz előre definiált szavakat, amelyek megkönnyítik a mondatok vagy ötletek összeállítását.
A gyakorlatban egy olyan virtuális billentyűzet- felhasználó, mint Matthew Nagle, ugyanolyan könnyedén kezelheti a virtuális billentyűzetet (egy neurális interfészen keresztül), mint az, aki egy hagyományos számítógépes egeret kezel.
A neuroprotézisek kialakítása az idegtudomány különlegessége a protézisek vonatkozásában, amelyek olyan rendszert tartalmaznak, amely képes az emberi idegrendszer funkcióinak emulálására. A leggyakrabban alkalmazott neuroprotézis a cochleáris implantátum , amelyet 2006-ban világszerte körülbelül 100 000 betegbe ültettek be.
Számos egyéb protézis létezik , például a retina implantátum .
Az IND és a neuroprotézis közötti különbség lényegében a berendezés használatában rejlik: a neuroprotézisek általában az idegrendszert egy protézishez, míg az IND-ek az idegrendszert egy számítógéphez kötik. Leggyakrabban a neuroprotézisek az idegrendszer bármely részéhez kapcsolódnak, például a végtagok idegéhez, míg az IND-ek a központi idegrendszerhez.
Nyilvánvalóan indokolt okokból a két kifejezést néha felcserélhetőnek tekintik. Valójában mindkettő ugyanazt a célt követi, nevezetesen a hallás, látás, mozgás vagy kognitív funkció helyreállítását, és azonos kísérleti és sebészeti módszereket alkalmaz.
Számos laboratórium tanulmányozta a majmok és patkányok kérgi jeleit annak érdekében, hogy kifejlesszék az IND-okat, amelyek képesek reprodukálni az akciókat.
A majmok így képesek voltak távolról irányítani a kurzor mozgását a számítógép képernyőjén, vagy irányítani a robotkart annak érdekében, hogy gondolkodásuknak köszönhetően egyszerű feladatokat hajtsanak végre.
Ban ben2008. május, a Pittsburghi Orvostudományi Egyetemen egy automatizált gondolkodó karot irányító majom fényképeit több nagy tudományos publikációban tették közzé.
Invazív IND technikákat fejlesztettek ki az emberek látásának vagy mobilitásának helyreállítására.
Ezek a rendszerek idegsebészeti úton kapcsolódnak közvetlenül az agy szürke anyagához.
Közvetlenül a szürkeállományhoz kapcsolódva elméletileg jobb jelminőséget kínálnak, de a gyakorlatban néha encystattá válnak, ami rontja a jel minőségét, vagy akár teljesen visszavonja, és orvosi szövődményeket okozhat.
A nyilvánosság számára William H. Dobelle az egyik első olyan tudós, aki képes volt a látás helyreállítására tervezett interfész megvalósítására.
Első prototípusát "Jerry" -re ültették be, aki felnőttként 1978-ban vak lett. A látókéregbe 68 elektróda egyedi tömbjét ültették be , amely lehetővé tette számára, hogy továbbítsa a fény érzékelését.
A rendszer egy szemüvegre szerelt kamerát tartalmaz, amely jelet küld az implantátumnak. Eredetileg ez az implantátum lehetővé tette Jerry számára, hogy a szürke árnyalatokat korlátozott látómezőben, lassú frissítési gyakorisággal érzékelje.
Megkövetelte azt is, hogy nagyon nagy számítógépes rendszerhez csatlakoztassa, de az elektronika miniatürizálása és a megnövekedett teljesítmény végül hordozhatóvá tette a rendszert. Ezután egyszerű feladatokat tudott ellátni segítség nélkül.
2002-ben Jens Naumann, aki felnőttként szintén elvesztette látását, a 16 betegből álló csoport elsője lett, akiket a Dobelle implantátumok második generációjával szereltek fel.
Ez volt az IND egyik első kereskedelmi ajánlata. Ez a második generáció egy kifinomultabb implantátumot használ, amely pontosabban továbbítja a kontúrokat és koherens látást kínál.
A fényfoltok úgy oszlanak el a látómezőben, mint "csillagok az éjszakában". Amint beültették implantátumát, Jens lassan vezethetett autót a kutatóintézet parkolójában.
Az atlantai Emory Egyetem kutatói, Philip Kennedy és Roy Bakay vezetésével, elsőként ültettek be IND-et egy férfiba, aki utánozta a mozgást. Betegük, Johnny Ray (1944–2002) egy 1997-es stroke után „ lock-in szindrómában ” szenvedett. Az implantátumot 1998-ban csatlakoztatták, és elég sokáig élt ahhoz, hogy elsajátítsa annak használatát, és akár csúszkát is irányíthat. számítógép képernyőjén. 2002-ben meghalt az agyi aneurysma megrepedése miatt .
2005-ben a kvadriplegikus Matt Nagle volt az első, aki képes volt irányítani egy mesterséges kezet egy IND-tal. Kilenc hónapig vett részt egy BrainGate kibernetikai technológiai teszten . Az implantátumot a jobb precentralis gyrus régiójában (a kar mozgását szabályozó terület) készítették. A BrainGate 96 elektródás technológiája lehetővé tette a Nagle számára, hogy robotkart, valamint számítógépes kurzort, világítást és televíziót irányítson. A következő évben Jonathan Wolpaw professzor megkapta az Altran Alapítvány innovációs díját, hogy felületet dolgozzon ki felületi elektródák felhasználásával, nem pedig az agyba ültetve.
A részben invazív IND-ek a koponyába beültetett komponenst használnak , amely nem hatol be az agy tömegébe . Ez a technika jobb felbontást nyújt, mint a nem invazív rendszerek (mivel a dura átjárása torzítja a jelet), és kevesebb kockázatot jelent, mint az invazív technológia.
Az elektrokortikográfia (ECoG) ugyanúgy méri az elektromos aktivitást, mint az elektroencefalográfia, de a koponya belsejében, a dura és a kéreg között elhelyezett elektródákat alkalmazza . Az ECoG technológiát embereken tesztelték Eric Leuthardt és Daniel Moran, a St. Louis-i Washingtoni Egyetem 2004-től. Kísérletet hajtottak végre annak érdekében, hogy egy tinédzser implantátum segítségével játsszon a Space Invaders játékkal . Ez a tapasztalat azt mutatta, hogy ez a technika gyors irányítást kínál, kevés alkalmazkodást igényel, és hogy ideális kompromisszumot jelent a jel minősége és az emberre jelentett kockázat között.
(Megjegyzés: Ezeket az elektródákat a súlyos epilepsziában szenvedő beteg agyába ültették be , ideiglenes elektródákkal együtt a betegség fókuszának meghatározásához.)
A „hordozható funkcionális képalkotás” technológiát alkalmazó IND-ek elméletileg megvalósíthatók, amelyek megkövetelik a lézer beültetését a koponyaüregbe: a lézert egyetlen idegsejtre összpontosítanák, és a visszaverődést külön szenzor méri . Amikor az idegsejt aktiválódik, a visszaverődés módosul. Ez lehetővé teszi az idegsejtek aktivitásának idegenkénti vizualizálását.
Ez a jel lehet subduralis vagy epidurális , és nem igényli a parenchima belépését . Kevés tanulmány készült erről a témáról, tengerimalacok hiányában. Jelenleg az egyetlen lehetőség e technika tesztelésére azoknál a betegeknél van, akiknek invazív megfigyelésre van szükségük az epilepsziás központ reszekciós területének meghatározásához .
Az ECoG nagyon jó kompromisszum, mert jó térfelbontást, alacsony jel-zaj arányt, széles frekvencia-választ ad, és kevesebb edzést igényel, mint az extracranialis EEG. Ez a technika szintén kevésbé összetett, kevesebb klinikai kockázatot jelent és valószínűleg nagyobb stabilitást mutat, mint az egyneuron monitorozása , ami lehetővé teszi a megvalósítás fontosságát a nagyközönség számára.
A nem invazív technológiákat emberen tesztelték. A nem invazív IND-ek orvosi képalkotást használnak. Ezt a típusú jelet ( agyhullámok ) használták mozgás indukálására önkéntes tengerimalacokban ( alanyok ). Jelenleg a nem invazív IND-ok rossz felbontást kínálnak, mert a jel (agyhullám) megváltozik az agyi üregen való áthaladással, de a nem invazív IND-okat sokkal könnyebb viselni. Az agyhullámok valóban nyomon követhetők, vezérelhetők, még akkor is, ha a pontosság nem egyetlen neuron, hanem egy neuroncsoport szintjére süllyed ( elméletek és számítási modellek ).
EEGAz elektroencefalográfia (EEG) az a nem invazív technológia, amelyet a legtöbbet tanulmányoztak, mivel nagyon jó időbeli felbontást kínál, könnyen kivitelezhető, hordozható és gazdaságos. Mindazonáltal a zaj jelenléte bünteti, és az EEG használata IND-ként intenzív edzést igényel.
Például az 1990-es években végzett kísérletek során Niels Birbaumer , a németországi Tübingeni Eberhard Karl Egyetemről súlyosan megbénult betegeket képzett ki az "alacsony agykérgi potenciál" szabályozására az EEG által mérve, hogy irányíthassák a kurzort. Számítógép (Birbaumer korábban epilepsziás betegek, hogy elkerüljék a rohamokat ennek az alacsony potenciális hullámnak a szabályozásával). Ez a kísérlet tíz beteg számára lehetővé tette a számítógépes kurzor vezérlését agyhullámaik vezérlésével.
A folyamat lassú volt: több hónapos edzés után még mindig több mint egy óra kellett 100 karakter megírásához.
Ezután Birbaumer a New York-i Állami Egyetem Jonathan Wolpawjával dolgozott ki egy olyan technológia kifejlesztésén, amely lehetővé teszi a páciens számára, hogy kiválassza a legkönnyebben alkalmazható agyhullám-típust a mu hullámok és a béta hullámok között.
Ezek a módszerek megkövetelik a páciens oktatását az agyhullámainak modulálására a hullámai mérése alapján (visszacsatolás).
A beteg önként ellenőrzi őket, ezért erősen befolyásolják a kísérletet.
A beteg tapasztalatra gyakorolt hatásának meghatározásához P300 jeleket vizsgáltak. A korábban mért jelektől eltérően ezek a hullámok önkéntelenül (lásd: Kiváltott potenciál ) keletkeznek a betegek észlelésének (VAKOG) megfelelően.
Tanulmányuk tehát lehetővé teszi a páciens gondolatainak felismerését anélkül, hogy előzetesen meg kellene őt képezni. Ez az agy természetes válasza, amikor felismer valamit.
Lawrence Farwell és Emanuel Donchin kifejlesztett egy IND EEG technológia az 1980-as évek. Ez a „mentális protézis” intézkedések a P300 által keltett betegek, akik közül néhányan már bénulás miatt lock-in szindróma , és lehetővé teszi számukra, hogy kommunikáljanak a parancsokat, leveleket és szavakat a számítógéphez. Ez még hangszintetizátoron keresztül is lehetővé tette számukra a beszédet. Sok más ilyen típusú berendezést fejlesztettek ki azóta. Például 2000-ben Jessica Bayliss, a Rochesteri Egyetem kutatója kimutatta, hogy a virtuális valóság fejhallgatóit viselő, P300 hullámokat olvasó önkéntesek képesek irányítani a virtuális világ elemeit.
Az 1990-es évek elején Babak Taheri, a kaliforniai Davis Egyetem új típusú aktív érzékelőt vezetett be az EEG számára. Ez a berendezés nem igényli a beteg bőrének előkészítését, nem igényel vezetőképes elektrolitot, és nagyon kicsi méretű érzékelőket használ. Ezt az egycsatornás technológiát 1994-ben tették közzé. Ez az aktív rendszer négy mérési zónát használ, és miniatürizált elektronikát tartalmaz a jel-zaj arány , valamint az akkumulátor javítására . Funkcionális teszteket végeztek emberen, négy mód szerint:
Ennek a „száraz” érzékelőnek a teljesítményét a bőr előkészítése és a jel-zaj arány tekintetében jobbnak találták, mint a hagyományos ezüst / ezüst-klorid elektródák.
1999-ben a Case Western Reserve University kutatói Hunter Peckham vezetésével 64 elektródás EEG fejhallgató-rendszert használtak a kézmozgások részleges helyreállítására Jim Jatich quadriplegikus betegeknél. Csak annyit kellett tennie, hogy egyszerű, ellentétes fogalmakra összpontosítson, mint például a „fel / le”, és a béta hullámait egy szoftver elemezte, hogy azonosítsa a kapcsolódó jelalakokat. Meghatároztuk az alapvető hullámformát, amely lehetővé tette a kapcsoló használatának ellenőrzését. A "fel" koncepció lehetővé tette annak bekapcsolását, míg a "lefelé" kioltását. A kapott jelet szintén átirányították a keze idegreceptoraira, és lehetővé tették bizonyos mozgások helyreállítását.
A neurális hálózatok elmélete lehetővé teszi az agy számítógépen történő működésének szimulálását. 2004-ben az ingerekre adott válasz tanulási szakaszának szimulálására szolgáló kísérletek lehetővé tették a Fraunhofer Társaság tudósai számára, hogy a tanulási fázist 30 percre csökkentsék.
Eduardo Miranda, miután az EEG-n keresztül tanulmányozta a zenét hallgató betegek mentális tevékenységét, olyan technológiát hozott létre, amely lehetővé tette számukra, hogy " elektroencefalofonnal " zeneileg kifejezzék magukat .
Az Emotiv Systems vállalat Gyártott egy fogyasztói videojáték-vezérlőt, amely elektromágneses érzékelőket használ.
Franciaországban a GIPSA-labor 2017-ben bemutatta a Brain Invaders videojátékot, amely közvetlen neuronális interfészről működik, és felhasználja az emberi agy P300 elektromos hullámainak tulajdonságait, hogy elkerülje az egerek vagy a joystick használatát. Egy szoftver ebben az esetben lehetővé teszi a játékos szándékának dekódolását, amely az encephalográfiai adatait összegyűjtő elektródákkal ellátott sisakkal van felszerelve , majd átírja a céllövészet parancsára. A közeljövő videojátékaiban nyilvánvaló alkalmazások mellett a mindennapi életben még nem ismertek alkalmazások, de ennek a technikának a használata a mobilitás vagy a beszéd hiányának leküzdésére nagyon ígéretesnek tűnik.
MEG és MRIA magnetoencefalográfia (MEG) és a funkcionális mágneses rezonancia képalkotás nem invazív technikáit sikeresen alkalmazták agy-számítógép interfészként. Számos kísérlet arról számolt be, hogy a betegek valós időben játszhatták a Pong elektronikus játékot azáltal, hogy önként szabályozták az agyuk véráramlásának hemodinamikai válaszát ( biofeedback kísérlet ). Az fMRI által valós időben végzett hemodinamikai mérés lehetővé teszi a robot mozgásának vezérlését is.
Nemrégiben az Advanced Telecommunications Research (ATR) vállalat számítástechnikai idegtudományi laboratóriumában , Kiotóban a tudósok számítógépen rekonstruálták a közvetlenül az agyban rögzített képeket. A2008. december 10, ez a kísérlet a Neuron folyóirat címlapjára került . Míg az első képek fekete-fehérek voltak, 10 * 10 pixeles felbontással , a kutatók úgy vélik, hogy képesek rekonstruálni a színes képeket, sőt álmokat is rögzíteni. 2013-ban a Kiotói Egyetem kutatóinak sikerült funkcionális mágneses rezonancia képalkotás (fMRI) segítségével azonosítaniuk a hipnagóg állapotban lévő betegek álmainak tartalmának egy részét , és videó reprodukciót ajánlottak fel. Munkájukat az amerikai Science folyóirat publikálja .
John Donoghue és munkatársai megalapították a „Cyberkinetic Neurotechnology Inc” céget, amely már szerepel az amerikai piacon. Ez a vállalat számos érzékelőt forgalmaz BrainGate technológiával , amely maga a Dick Normann által kifejlesztett Utah Array érzékelőn alapul. A Cyberkinetic Neurotechnology Inc. fő célja az agy és a számítógép közötti interfészek biztosítása az emberek számára.
Philip Kennedy 1987-ben létrehozta a Neural Signals-t, hogy kifejlessze az IND-okat, amelyek lehetővé teszik a megbénult betegek számára a kommunikációt és a berendezések ellenőrzését. A vállalat invazív IND-eket, valamint implantátumot forgalmaz a beszéd továbbítására. Az elektródákat fehérjét tartalmazó üvegbe zárják, hogy javítsák az idegsejtekhez való kötődést.
Noha 16 fizető beteg kapott William H. Dobelle által javasolt látásprotézist, 2004-ben bekövetkezett halála után a marketing leállt. Az Avery Biomedical Devices cég, amelyet a Stony Brook Egyetemmel közösen irányított, új implantátumot fejleszt, amelyet még nem kaptak meg. az Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hatóság jóváhagyása .
Az Ambient vállalat bemutatta a "The Audeo" terméket egy informatikai fejlesztők konferenciáján 2008 elején. Ez a berendezés lehetővé teszi a gondolkodással történő kommunikációt. A jelfeldolgozás lehetővé teszi az ember beszédének reprodukálását a beszéd szándékának közvetlen rögzítésével.
A Mindball egy játék, amelyet az Interactive Productline fejlesztett és értékesített. A játékosok egymással versenyeznek, hogy a szellemi fókuszuk egyedüli irányításával ellenőrizzék a labda mozgását a játékasztalon. Az Interactive Productline egy svéd vállalat, amelynek célja egyszerű termékek kifejlesztése és értékesítése az EEG technológia segítségével, a pihenés és a koncentráció képességének javítása érdekében.
Egy osztrák vállalat, a „Guger Technologies”, vagy a „g.tec”, 1999 óta kínál agyi számítógépes interfészeket. Ez a vállalat alapvető és sokoldalú termékeket kínál annak érdekében, hogy a tudományos közösség speciális berendezéseket fejlesszen ki. Ide tartozik a P300 Speller, a Motor Imagery és a Mu-rythm. A vizuálisan kiváltott lehetőségek megragadására is kínálnak megoldást.
A spanyol Starlab vállalat 2009 óta kínál 4 csatornás rendszert ENOBIO néven. Ezt a terméket fejlesztői platformként tervezték.
A vállalatok fogyasztási cikkeket forgalmaznak, elsősorban az IND játékára, mint például a Neural Impulse Actuator , az Emotiv Systems és a NeuroSky.
Az Egyesült Államok fegyveres erői agyi számítógépes interfészeket fejlesztettek ki csapatai teljesítményének javítása és az ellentétes csapatok kommunikációjának megzavarása érdekében.
A jelentés lezárta:
„Az invazív interfész legsikeresebb megvalósítását az orvosi vizsgálatok során idegimpulzusok segítségével hajtották végre az információk továbbítására. "
A DARPA 2009–2010-es költségvetése 4 millió dollár összegben tartalmazza a „Csendes beszélgetés” elnevezésű program finanszírozását. Ennek a projektnek lehetővé kell tennie az emberek közötti kommunikációt a csatatéren, beszéd használata nélkül, köszönhetően az idegi jel elemzésének. A Kaliforniai Egyetem 4 millió dolláros kiegészítő támogatást kapott a szintetikus telepátia számítógépes rendszeren keresztüli kutatására. Ennek a kutatásnak az a célja, hogy az EEG detektálja és elemezze a beszéd kifejezése előtt terjedő idegi jeleket, és meghatározza, hogy definiálható-e a szavaknak megfelelő szabványos hullámforma. Ez a kutatás egy 70 millió dolláros programban szerepel, amely 2000-ben indult, és amelynek célja olyan berendezések kifejlesztése, amelyek képesek alkalmazkodni a felhasználó viselkedéséhez.
A kutatók interfészeket építettek az egyes idegsejtek vagy sejthálózatok in vitro összekapcsolására. Ez lehetővé teszi egyrészt az állatokon végzett implantátumok kutatásának fejlesztését, másrészt kísérletek végrehajtását a problémák megoldására képes neurális hálózatok létrehozására, kis számítógépek vagy robotvezérlők felépítésére.
2003-ban egy csapat, amelyet Theodore Berger vezetett a Dél-Kaliforniai Egyetemen, elkezdett dolgozni egy neurochipen, amely mesterséges hippokampuszként szolgál . Ezt a chipet úgy tervezték, hogy egy patkány agyban működjön, és lehetővé kell tennie a fejlettebb agy protéziseinek kifejlesztését. A hippocampust azért választották, mert ez tekinthető a legszervezettebb és legismertebb agyi struktúrának. Feladata a hosszú távú tapasztalatok memorizálása az agy más részein.
Thomas DeMarse a Floridai Egyetemen 25 000 patkányagyból vett neuron kultúráját használta az F-22-es vadászrepülőgép szimulátorának vezetésére . A betakarítást követően a kérgi idegsejteket Petri-csészében tenyésztették, és gyorsan átalakították a szinaptikus hálózatot, hogy aktív idegi hálózatot képezzenek. A sejteket ezután 60 elektróda tömbre helyeztük, és az idegi impulzust alkalmaztuk a szimulátor liftjének és ásításának vezérléséhez. Ezt a vizsgálatot az agy tanulási mechanizmusainak megértése céljából végeztük sejtszinten.
Az IND-okkal kapcsolatos etikai, társadalmi és jogi kérdések a következők:
A jelenlegi formájában a legtöbb IND messze elmarad a fent vázolt kihívásoktól. Hasonlóak a jelenleg alkalmazott korrekciós terápiákhoz. Clausen 2009-ben elmondta, hogy az IND-ok etikai kérdéseket vetettek fel, de mindeddig hasonlóak maradtak a bioetikusok által a terápia más területein kezelt kérdésekhez. Ezen túlmenően azt javasolja, hogy a bioetika kellően felkészült az IND-okhoz kapcsolódó technológiákkal felmerülő kihívások kezelésére. Haselager és munkatársai rámutattak arra, hogy az IND-ek hatékonyságával és értékével kapcsolatos elvárások nagy szerepet játszanak az etikai elemzésben és abban, hogy a tudósoknak hogyan kell megközelíteniük a médiát. Ezenkívül szabványos protokollok is bevezethetők a bezárásos szindrómában szenvedő betegek etikai megközelítésének biztosítása érdekében.
Az IND esete napjainkban párhuzamosan található az orvostudományban, és a jövőbeni fejlesztéseiben is megtalálja. A gyógyszerészeti tudományokhoz hasonlóan, amelyek kezdetben problémákat próbálnak megoldani, és végül stimulánsokat állítanak elő, az IND-oknak először terápiás hasznuk lesz, mielőtt a fejlesztés eszközévé válnának. A kutatók tisztában vannak azzal, hogy az etika, a mérsékelt médialelkesedés és az IND-okról folytatott folyamatos oktatás kiemelkedő fontosságú lesz e technológia társadalmi elfogadottsága szempontjából. Éppen ezért a közelmúltban újabb erőfeszítéseket tettek az IND közösségben az etikai konszenzus megteremtése érdekében a kutatás, fejlesztés és megosztás terén.
A cochleáris implantátumok az egyik legrégebbi és leggyakrabban használt IND technológia. A süketség kezdetükkel lassú átmeneten ment keresztül, az egyszerű jelentésvesztéstől a megoldható neurológiai problémáig. Ezt a paradigmaváltást magyarázza Laure Mauldin kutató a süketség újradefiniálásáról szóló kiadványában . Megtudjuk, hogy az implantátum gyermekre helyezésének ténye fontos változásokat generál a családon belül. Először is elmegyünk abból a helyzetből, amikor a jelentés elveszik, onnan, ahol lehetséges a megtalálás lehetősége. Másodszor, ez nem egy olyan technológia, amelyet csak csatlakoztatnia kell, hogy működjön: a betegnek gyakran éveket kell töltenie az implantátummal való hangolással, mielőtt az elveszett funkciót jó szintre állítaná vissza. A gyermekek cochleáris implantátumainak összefüggésében ez a szülők számára is kihívást jelent, akiknek alkalmazkodniuk kell, amikor gyermekük fejlődik, és edzi az agyát, hogy kölcsönhatásba lépjen ezzel az új eszközzel. Ez általános jelenség az IND-ekben, amelyet Matt Nagle esetében is leírnak , akinek szintén nagyon hosszú volt a tanulási görbéje, mielőtt pontosan felhasználhatta volna IND-ját. Laure Mauldin a gyermekek személyiségváltozásait is leírja: a gyermek szó szerint új jelentést fedez fel, és agya erőteljes alkalmazkodáson megy keresztül.
A közelmúltban számos vállalat fejlesztett olcsó, kis léptékű EEG-alapú IND technológiákat. Ez a technológia játékokban és videojáték-interfészekben valósult meg, és néhány ilyen megvalósítás nagy sikert aratott, például a NeuroSky .