Ερευνητές στις ΗΠΑ ανέπτυξαν μια νέα διεπαφή εγκεφάλου–υπολογιστή που επιτρέπει στους ανθρώπους να παίζουν βιντεοπαιχνίδια μόνο με τη σκέψη τους. Το σύστημα αξιοποιεί τη φυσική οργάνωση του εγκεφάλου, επιταχύνοντας την εκπαίδευση σε διεπαφές εγκεφάλου–υπολογιστή (BCI) και διευρύνοντας το πεδίο πιθανών εφαρμογών του στην ιατρική και την τεχνολογία.
Η εγκεφαλική δραστηριότητα ακολουθεί ήδη συγκεκριμένες νευρωνικές διαδρομές. Η ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου Yale διαπίστωσε ότι η εκμάθηση μιας διεπαφής εγκεφάλου–υπολογιστή γίνεται πολύ πιο εύκολη όταν το σύστημα σχεδιάζεται ώστε να «συνεργάζεται» με τις υπάρχουσες δομές του εγκεφάλου, αντί να τις παρακάμπτει. Όταν η διεπαφή ευθυγραμμίζεται με τη φυσική οργάνωση του εγκεφάλου, οι χρήστες αποκτούν γρήγορα έλεγχο και ο εγκέφαλός τους προσαρμόζεται ώστε να υποστηρίξει τη μάθηση.
Τα όρια των σημερινών BCI
«Οι εφαρμογές της καινοτομίας αυτής είναι ευρείες- από την υποστήριξη ανθρώπων με διαταραχές κινητικότητας ή επικοινωνίας, έως τη θεραπεία της κατάθλιψης και του άγχους και την ανάπτυξη της επόμενης γενιάς τεχνολογιών», δήλωσε η Έρικα Μπους, πρώτη συγγραφέας της μελέτης. «Οι παρεμβάσεις που σχεδιάζονται γύρω από τη φυσική γεωμετρία του εγκεφάλου είναι πιθανό να είναι ταχύτερες και πιο αποτελεσματικές», σημείωσε.
Τα συστήματα BCI επιτρέπουν την αλληλεπίδραση ανθρώπου–υπολογιστή μέσω της εγκεφαλικής δραστηριότητας. Παρότι η έρευνα εξελίσσεται εδώ και χρόνια, πολλά συστήματα είχαν περιορισμένη επιτυχία. Προηγούμενες μέθοδοι απαιτούσαν πολλαπλές και χρονοβόρες συνεδρίες εκπαίδευσης, ενώ περίπου το ένα τρίτο των συμμετεχόντων δεν κατάφερε ποτέ να μάθει να τα ελέγχει.
Οι ερευνητές υποστήριξαν ότι το πρόβλημα βρίσκεται στον σχεδιασμό: τα συστήματα συχνά απαιτούν από τον εγκέφαλο να μάθει μοτίβα που δεν αντιστοιχούν στη φυσική του οργάνωση. Πρότειναν ότι πιο προηγμένα εργαλεία ικανά να προσαρμόσουν τη νευροανάδραση στην υποκείμενη δομή κάθε εγκεφάλου θα μπορούσαν να βελτιώσουν σημαντικά τόσο την ταχύτητα μάθησης όσο και την απόδοση.
Ένα εξατομικευμένο σύστημα εγκεφάλου–υπολογιστή
Οι εθελοντές που συμμετείχαν στη μελέτη έπαιξαν ένα βιντεοπαιχνίδι στο οποίο καθοδηγούσαν ένα avatar μέσα σε ένα εικονικό περιβάλλον, ενώ η εγκεφαλική τους δραστηριότητα καταγραφόταν μέσω fMRI (λειτουργική μαγνητική τομογραφία). Οι ερευνητές χαρτογράφησαν τις περιοχές του εγκεφάλου που σχετίζονται με την πλοήγηση και τη χωρική κίνηση και χρησιμοποίησαν έναν αλγόριθμο που είχαν αναπτύξει σε προηγούμενη έρευνα. Αυτή η μαθηματική μέθοδος προσδιορίζει τη φυσική δομή της εγκεφαλικής δραστηριότητας ενός ατόμου, η οποία είναι γνωστή ως «νευρωνική πολλαπλότητα».
Με βάση αυτά τα δεδομένα, οι ερευνητές δημιούργησαν τρεις διαφορετικές μορφές ελέγχου: μία που ευθυγραμμίζεται με τα φυσικά μοτίβα του εγκεφάλου, μία με λιγότερο ισχυρά αλλά ακόμη φυσικά μοτίβα και μία που βασίζεται σε μη φυσικές εγκεφαλικές διεργασίες.
Ταχύτερη μάθηση
Στη συνέχεια, οι ερευνητές κατασκεύασαν ένα σύστημα κλειστού βρόχου που ανέλυε μια νέα σάρωση εγκεφάλου κάθε δύο δευτερόλεπτα και μετέτρεπε αμέσως αυτές τις πληροφορίες σε εντολές κίνησης για το avatar. Κατά τη διάρκεια των υπόλοιπων τριών συνεδριών, οι συμμετέχοντες προσπάθησαν να ελέγξουν το avatar χρησιμοποιώντας μόνο τη σκέψη τους, με μία συνεδρία αφιερωμένη σε κάθε προσέγγιση.
Διαπιστώθηκε ότι οι συμμετέχοντες κατάφεραν να ελέγξουν το avatar σε λιγότερο από μία ώρα, όταν η διεπαφή εγκεφάλου–υπολογιστή (BCI) ακολουθούσε τη φυσική πολλαπλότητα του εγκεφάλου, ενώ σε ορισμένες περιπτώσεις η εκμάθηση ήταν ακόμη ταχύτερη. Αντίθετα, δεν μπόρεσαν να μάθουν την αντιστοίχιση όταν αυτή δεν ταίριαζε με τα φυσικά νευρωνικά πρότυπα μέσα στο ίδιο χρονικό διάστημα.
Επιπλεόν, καθώς οι συμμετέχοντες μάθαιναν, ο εγκέφαλός τους αναδιοργάνωνε τη δραστηριότητά του ώστε να ανταποκρίνεται καλύτερα στις απαιτήσεις του BCI. Υπό ορισμένες συνθήκες, ο βαθμός αυτής της αναδιοργάνωσης προέβλεπε την απόδοση. Οι αλλαγές επεκτάθηκαν επίσης πέρα από τις στοχευόμενες εγκεφαλικές περιοχές, υποδηλώνοντας ότι η εκμάθηση μέσω BCI μπορεί να επηρεάσει ευρύτερα νευρωνικά δίκτυα.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτά τα ευρήματα μπορεί να εξηγούν γιατί ορισμένες δεξιότητες είναι πιο εύκολο να τις μάθει κανείς από άλλες. Η επιτυχία μπορεί να εξαρτάται όχι μόνο από την προσπάθεια ή την ικανότητα, αλλά και από το πόσο καλά μια εργασία ευθυγραμμίζεται με την υπάρχουσα νευρωνική δομή του εγκεφάλου.
Πιθανές εφαρμογές στην ιατρική
Οι πιθανές εφαρμογές εκτείνονται από θεραπείες για κινητικές και επικοινωνιακές δυσκολίες έως παρεμβάσεις στην ψυχική υγεία. Όπως σημείωσαν οι ερευνητές, η κατανόηση της «γεωμετρίας» του εγκεφάλου μπορεί να αποτελέσει κλειδί για ταχύτερη και πιο αποτελεσματική μάθηση σε πολλούς τομείς.
«Ξοδεύουμε τεράστιους πόρους προσπαθώντας να γίνουμε καλύτερες εκδοχές του εαυτού μας μέσω της εκπαίδευσης, της πρακτικής, της θεραπείας και άλλων», είπε η Μπους. «Η κατανόηση της δομής του εγκεφάλου μας μπορεί να μας βοηθήσει να το κάνουμε αυτό πολύ πιο αποτελεσματικά».
Τα ευρήματα δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό «Nature Neuroscience».
Πηγή: Scitechdaily
www.ertnews.gr
Ακολουθήστε το myvolos.net στο Google News και μάθετε πρώτοι όλες τις ειδήσεις.
