Istnieje wiele typów BCI, działających na różnych zasadach, ale większość z nich opiera się na analizie wzorców aktywności elektrycznej mózgu. Każda myśl o poruszeniu konkretnej części ciała wywołuje unikatowy sygnał neuronowy, który system potrafi rozpoznać. Jeśli sparaliżowana osoba pomyśli o podniesieniu ręki, BCI wykryje charakterystyczną aktywność neuronalną i przekształci ją w polecenie dla urządzenia.

Od rutynowych czynności do zaawansowanych zadań

Historia interfejsu mózg-komputer sięga 1924 r., gdy Hans Berger jako pierwszy zarejestrował aktywność elektryczną ludzkiego mózgu za pomocą elektroencefalografu. To odkrycie pozwoliło na identyfikację fal alfa (8-12 Hz), zwanych od nazwiska odkrywcy falami Bergera. Bez tych badań rozwój nowoczesnej neurologii oraz BCI byłby niemożliwy. Głównym celem BCI jest tłumaczenie sygnałów elektrycznych mózgu na konkretne polecenia. Dotychczasowe zastosowania BCI koncentrowały się głównie na umożliwieniu osobom z niepełnosprawnościami wykonywania podstawowych czynności. Systemy pozwalają na samodzielne podnoszenie jedzenia do ust czy wybieranie liter na ekranie komputera w celu napisania wiadomości. Najnowsze osiągnięcia w tej dziedzinie otwierają zupełnie nowe perspektywy, m.in. sterowanie dronem jedynie poprzez myśli.

Dalszy rozwój BCI może zmienić sposób, w jaki ludzie wchodzą w interakcje z technologią. W przyszłości możliwe będzie sterowanie protezami czy komputerami, ale także kontakt z wirtualnym światem na niespotykaną dotąd skalę. Integracja BCI z AI może dodatkowo zwiększyć efektywność tych systemów. Nowoczesne technologie umożliwiają nie tylko przywrócenie podstawowych funkcji życiowych osobom z niepełnosprawnościami, ale dają im też możliwość uczestniczenia w życiu społecznym i rekreacji. Dzięki nowemu interfejsowi mózg-komputer użytkownicy mogą grać w gry, brać udział w rekreacji i łączyć się z innymi w wirtualnym świecie.

Nowatorski projekt BrainGate2

Zaawansowany system BCI opracowali naukowcy z uniwersytetów Stanford, Rice i Brown w ramach projektu BrainGate2. W przeciwieństwie do wielu nieinwazyjnych interfejsów, które korzystają z elektroencefalografii i elektrod umieszczonych na skórze głowy, ten system wymaga chirurgicznego wszczepienia dwóch tablic elektrod w korze ruchowej mózgu. Dzięki temu możliwe jest precyzyjne monitorowanie aktywności neuronów odpowiedzialnych za ruchy palców. Aby sprawdzić skuteczność nowego BCI, przeprowadzono testy z udziałem 69-letniego tetraplegika. Mężczyzna sterował wirtualnym dronem na symulowanym torze przeszkód. Kontrola odbywała się poprzez mentalne wyobrażanie sobie ruchów dłoni. Poruszanie kciukiem w górę, dół, lewo lub prawo sterowało kierunkiem lotu drona, unoszenie i opuszczanie palców wskazującego oraz środkowego pozwalało na zmianę wysokości lotu, a manipulowanie palcami serdecznym i małym wymuszało obrót drona w lewo lub prawo.

Po dziewięciu sesjach treningowych, trwających od dwóch do pięciu godzin każda, uczestnik eksperymentu zyskał biegłość w pilotowaniu drona. Wykonywał jednoczesne manewry wznoszenia i skręcania, a przy tym nie wykazywał zmęczenia, a wręcz domagał się kolejnych sesji. Dzięki nowoczesnym interfejsom mózg-komputer osoby z niepełnosprawnościami mogą odzyskać część niezależności i aktywnie uczestniczyć w rozrywce oraz kontaktować się z przyjaciółmi.

Chiny vs. Stany Zjednoczone, czyli technologiczny wyścig trwa

Chińscy naukowcy ogłosili, że jako pierwszym na świecie udało im się skutecznie połączyć mózg małpy z komputerem. To ważne osiągnięcie w dziedzinie neurobiologii, które może przyspieszyć rozwój interfejsów między mózgiem a komputerem. Państwo Środka od lat rywalizuje z USA w zakresie innowacji naukowych i technologicznych. Chociaż metody Chin nie zawsze są przejrzyste, ich sukces w opracowywaniu zaawansowanych technologii jest niezaprzeczalny. Dr Ma Yongjie, neurochirurg z pekińskiego szpitala Xuanwu Capital Medical University, komentuje, że sukces pierwszej próby na zwierzętach jest przełomem od 0 do 1, ale przeniesienie sukcesu do kliniki to proces od 1 do 100, więc przed nimi jeszcze długa droga. Łączenie ludzkiego umysłu z komputerami kwantowymi wydaje się futurystycznym scenariuszem rodem z filmów science fiction. Naukowcy uważają, że takie połączenie może dostarczyć kluczowych informacji na temat świadomości. Dzisiaj, chociaż jesteśmy w stanie ogólnie zdefiniować świadomość, jej natura i sposób funkcjonowania wciąż wymykają się pełnemu zrozumieniu. Jedna z hipotez sugeruje, że istotną rolę w jej powstawaniu odgrywa splątanie kwantowe. Aby to sprawdzić, naukowcy planują opracowanie zaawansowanych interfejsów umożliwiających połączenie ludzkiego mózgu z komputerem kwantowym.

Istnieją dwie wiodące teorie próbujące wyjaśnić mechanizm świadomości. Jedną z nich jest zintegrowana teoria informacji, która zakłada, że świadomość to efekt integracji procesów zachodzących w układzie neuronalnym. Druga to teoria globalnej przestrzeni roboczej uwypuklająca rolę udostępniania informacji w mózgu jako zasadniczego czynnika kształtującego świadomość. Mimo że obydwie teorie cieszą się dużym uznaniem, nie można wykluczyć alternatywnych podejść, łącznie z koncepcją brytyjskiego fizyka Rogera Penrose’a, który twierdzi, że splątanie kwantowe może być odpowiedzialne za istnienie świadomości. Penrose sugeruje, że ludzki mózg może wykorzystywać mechanizmy zbliżone do komputerów kwantowych i to tłumaczyłoby jego niezwykłe zdolności obliczeniowe. Jeśli tak jest w rzeczywistości, eksperymenty z interfejsem mózg-komputer kwantowy mogłyby dostarczyć przełomowych odpowiedzi na pytania dotyczące natury świadomości.