Brain-Machine Interfaces: wat zijn ze en hoe werken ze?

Stel je voor dat je een robot zou kunnen besturen of een videogame zou kunnen spelen met alleen je geest. Het klinkt als sci-fi, maar dit is precies waar brain-machine interfaces (BMI's) nu al voor worden gebruikt. Met toepassingen van entertainment tot medicijnen, zijn BMI's klaar om de wereld van technologie zoals we die kennen te veranderen. Maar wat zijn ze precies? En hoe werken ze?

Dit artikel behandelt alles over hersen-machine-interfaces, inclusief huidige voorbeelden, hoe ze werken en waarvoor BMI's in de toekomst kunnen worden gebruikt.

Wat is een hersen-machine-interface?

Brain-machine interfaces (BMI's), ook wel brain-computer interfaces genoemd, zijn apparaten die een brug slaan tussen je hersenen en een extern apparaat. Ze kunnen de hersenactiviteit van de mens lezen en die informatie rechtstreeks doorgeven aan een computersysteem. Een BMI kan een patiënt bijvoorbeeld helpen bij het besturen van een robotprothese. Of het kan de gebruiker in staat stellen om in een tekstverwerker te typen met alleen zijn gedachten.

BMI's kunnen invasief of niet-invasief zijn. Een invasieve BMI vereist een operatie en omvat meestal het plaatsen van elektroden direct onder de hoofdhuid om hersensignalen nauwkeuriger te communiceren. Aan de andere kant worden niet-invasieve BMI's zonder operatie over het hoofd geplaatst en wordt de elektrische activiteit van uw hersenen afgelezen. Het nadeel is dat veel van deze activiteit wordt gedempt door de schedel, dus niet-invasieve BMI's zijn vaak minder krachtig.

Hoe werken hersen-machine-interfaces?

Als we denken, produceren onze hersenen elektrische signalen die door hersencellen (bekend als neuronen) worden gestuurd. Deze elektrische signalen kunnen worden opgepikt en geïnterpreteerd door medische apparaten, en in feite wordt dit al tientallen jaren gedaan om hersenaandoeningen te diagnosticeren.

De twee methoden om dit te doen worden elektro-encefalografie (EEG) en elektromyografie (EMG) genoemd. EEG interpreteert elektrische signalen van de hersenen, terwijl EMG deze signalen van spieren interpreteert.

Om de toestand van de hersenen te diagnosticeren, worden EEG- en EMG-uitlezingen vergeleken met "normale" hersenactiviteit, waarbij ziektetoestanden bepaalde patronen in de elektrische activiteit van de hersenen produceren. Nu kunnen we echter nog verder gaan.

Recente ontwikkelingen betekenen dat we meer informatie kunnen halen uit de activiteit van de hersenen, inclusief emotionele toestanden, welke bewegingen of acties je gaat uitvoeren, en zelfs bepaalde gedachten.

Algoritmen voor machinaal leren kunnen bepalen hoe deze specifieke toestanden "eruit zien" (in termen van hun elektrische activiteit). Deze algoritmen krijgen massa's EEG- en EMG-gegevens van gecontroleerde experimenten en patronen in hersenactiviteit worden ontdekt. Hersenactiviteit wordt vervolgens in realtime gevolgd en geanalyseerd om specifieke mentale toestanden of acties te bepalen (zoals "naar links gaan").

Huidige voorbeelden van BMI's

Er zijn verschillende actuele voorbeelden van BMI's, waarvan er vele in grote lijnen van elkaar verschillen. Omdat er zo'n enorm potentieel is voor wat mogelijk is met BMI's, worden er veel tegelijkertijd ontworpen op totaal verschillende gebieden. Sommige BMI's worden voornamelijk gebruikt voor medische doeleinden, om mensen met een handicap weer te laten lopen of om apparaten te bedienen zonder het gebruik van handen. Andere zijn ontworpen voor gamen en vrijetijdsbesteding.

Cochleaire implantaten

Cochleaire implantaten zijn niet wat veel mensen zouden overwegen als BMI's worden genoemd, maar ze zijn eigenlijk een van de eerste technologieën die de hersenen van een gebruiker met een machine verbinden. Ze werken door het gevoel van geluid terug te geven aan mensen die doof of bijna-doof zijn. Het implantaat wordt chirurgisch onder de huid van de gebruiker geplaatst, maakt gebruik van een microfoon om omgevingsgeluid op te pikken, versterkt het en stuurt het geluid via elektrische impulsen naar de hersenen van de gebruiker.

Muze

Muze is een "gevoelige hoofdband" die emotionele toestanden bij de drager kan detecteren. Het startende bedrijf heeft programma's gericht op het welzijn van werknemers. De werknemer draagt ​​de hoofdband en kan zijn stressniveau en productiviteit beheren op basis van feedback van de hoofdband.

Drone-besturing

Al in 2015 ontwikkelden onderzoekers van de Universiteit van Florida een BMI-hoofdband waarmee de gebruiker een drone gericht kan besturen met alleen zijn geest.

Neurable

in 2017, Neurable heeft een proof-of-concept-game uitgebracht die een BMI-gestuurde escape room was. Spelers zetten een VR-headset op en ontsnapten uit de kamer met alleen hun gedachten. Neurable is van plan om producten te ontwikkelen waarmee je je smartphone kunt bedienen (bijvoorbeeld liedjes overslaan of pauzeren) via je geest.

Het beroemde bedrijf van Elon Musk Neuralink is een voorbeeld van een invasieve BMI. Met behulp van chirurgisch geïmplanteerde "draden" wil Neuralink de hersenen verbinden met een computer via ultrahoge bandbreedte. Het uiteindelijke doel van Neuralink is om mensen te helpen de traditionele kunstmatige-intelligentiesystemen te overtreffen. Neuralink is al (beroemd) getest bij een aappatiënt, en de aap was in staat om speel Pong puur door te denken.

Andere voorbeelden van BMI's die momenteel in ontwikkeling zijn, zijn Kernel, NextMind, Neurosity en Nectome.

Waar zullen BMI's in de toekomst voor worden gebruikt?

Een toepassing van BMI's is om de gebruiker feedback te geven over zijn mentale toestand. Een BMI kan bijvoorbeeld hoge niveaus van slaperigheid of onoplettendheid detecteren en waarschuwingen geven in omgevingen met een hoog risico, zoals autorijden of het gebruik van gevaarlijke machines. Een BMI kan ook worden gebruikt om emoties te reguleren of zelfs pijn te verminderen, wat verschillende mogelijke toepassingen heeft voor het leger.

BMI's hebben ook: tientallen potentiële toepassingen in de geneeskunde. Ze kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt voor geamputeerden om geavanceerde protheses onder controle te houden of om neurologische aandoeningen zoals de ziekte van Alzheimer of Parkinson te behandelen.

In de consumentenruimte kunnen BMI's voor talloze dingen worden gebruikt. Gebruikers konden hun slimme huis met hun geest bedienen, lichten aan en uit doen, van kanaal wisselen of zelfs automatisch afspeellijsten laten genereren op basis van hun stemmingen. Ongetwijfeld zal er een enorme ruimte zijn voor BMI's in virtual reality en andere games waarbij het gebruik van controllers een van de laatste barrières is voor volledige onderdompeling.

BMI's: Mind Control

Brain-machine-interfaces zullen ongetwijfeld in de toekomst bestaan, op min of meer exacte manier waarop ze worden afgebeeld in sci-fi-films. In feite zijn er al veel commercieel verkrijgbaar met mogelijkheden die het menselijk brein ver kunnen uitbreiden. Op een dag hoeft u niet langer op knoppen te drukken of opdrachten te typen. Je kunt je huis binnenlopen, lichten aan en uit doen en games spelen in virtual reality zonder je handen te gebruiken.

Wanneer technologie biologie ontmoet: 6 medische technologieën die de toekomst van de gezondheidszorg vormgeven

U zult versteld staan ​​van enkele levensreddende technologie die op het punt staat uw lokale zorginstellingen te raken.

Lees volgende

Over de auteur