Noua tehnică inovatoare prin care computerul ar putea „citi” gândurile. Cum funcționează tehnologia

Cele mai avansate dispozitive controlate de minte testate la om se bazează pe firele mici inserate în creier. Acum cercetătorii au deschis calea către o opțiune mai puțin invazivă – ultrasunetele.

Astfel, au folosit imagini cu ultrasunete pentru a prezice mișcările intenționate ale ochiului sau ale mâinilor unei maimuțe – informații care ar putea genera comenzi pentru un braț robotic sau cursorul computerului. Dacă abordarea poate fi îmbunătățită, aceasta poate oferi persoanelor paralizate un nou mijloc de control al protezelor fără echipamente care pătrund în creier.

„Acest studiu va pune ultrasunetele pe hartă ca o tehnică de interfață creier-computer”, spune în studiu neurologul Krishna Shenoy de la Universitatea Stanford. „Adăugarea acestui set de instrumente este spectaculoasă”.

Medicii folosesc de mult timp undele sonore cu frecvențe dincolo de domeniul auzului uman, pentru a crea imagini ale interiorului nostru. Un dispozitiv numit traductor trimite semnale cu ultrasunete în corp, care revin înapoi, pentru a indica limitele dintre diferite țesuturi și fluide.

Acum aproximativ un deceniu, cercetătorii au găsit o modalitate de a adapta ultrasunetele pentru imagistica creierului. Abordarea, cunoscută sub numele de ultrasunete funcționale, folosește un plan larg și plat al sunetului, în locul unui fascicul îngust pentru a capta o zonă mare mai rapid decât cu ultrasunetele tradiționale.

Ultrasunetele reprezintă o tehnică noninvazivă de a controla o mașinărie cu creierul

La fel ca imagistica prin rezonanță magnetică funcțională (RMN), ultrasunetele funcționale măsoară modificările fluxului sanguin care indică când neuronii sunt activi și consumă energie. Dar creează imagini cu o rezoluție mult mai fină decât fMRI și nu necesită ca participanții să se afle într-un scanner imens.

Tehnica necesită în continuare îndepărtarea unei mici bucăți de craniu, dar spre deosebire de electrozii implantați care citesc în mod direct activitatea electrică a neuronilor, aceasta nu implică deschiderea membranei de protecție a creierului, notează neurologul Richard Andersen de la California Institute of Technology (Caltech), coautorul noului studiu. Ecografia funcțională poate citi din regiuni adânci din creier fără a pătrunde în țesut.

Cu toate acestea, măsurarea activității neuronale de la distanță înseamnă sacrificarea unei anumite viteze și precizie, spune inginerul biochimic Caltech, Mikhail Shapiro. În comparație cu citirile electrozilor, ultrasunetele funcționale oferă „un semnal mai puțin direct”, spune el, așa că „s-a pus problema câtă informație conțin cu adevărat imaginile cu ultrasunete”.

Imaginile ar putea dezvălui activitatea neuronală pe măsură ce creierul se pregătea pentru o mișcare. Dar a existat suficient detaliu în acel semnal pentru ca un computer să decodeze mișcarea intenționată?

Pentru a afla, cercetătorii au introdus mici dispozitive cu ultrasunete în craniile a două maimuțe. Dispozitivul – atașat printr-un fir la un computer – vizează undele sonore într-o regiune a creierului numită cortexul parietal posterior, care este implicată în planificarea mișcărilor.

Cum a decurs experimentul

Maimuțele au fost antrenate să-și concentreze ochii asupra unui punct mic în centrul ecranului, în timp ce un al doilea punct a clipit scurt în stânga sau în dreapta. Când punctul central a dispărut, animalele și-au mutat ochii în punctul în care al doilea punct a clipit recent.

Un algoritm computerizat a tradus apoi datele cu ultrasunete în presupuneri despre intențiile maimuțelor. Acest algoritm ar putea determina când animalele se pregăteau să se miște și dacă planificau o mișcare a ochilor. Oamenii de știință ar putea prezice dacă o mișcare va fi la stânga sau la dreapta cu aproximativ 78% precizie pentru mișcările ochilor și 89% precizie pentru atingere, relatează ei în Neuron.

Aceasta este o caracteristică importantă, spune Maureen Hagan, neurolog în cadrul Universității Monash, care a studiat modul în care creierul orchestrează mișcarea. Utilizatorul unui braț robotizat ar dori să se gândească la mișcarea intenționată o singură dată pentru a pune brațul în mișcare.

Un pas cheie următor va fi utilizarea predicțiilor computerului în timp real pentru a ghida o mână de robot sau un cursor, spune Shenoy.

De exemplu, implanturile cu electrod pot decoda deja mișcările intenționate ale brațelor în mai multe direcții – nu doar la stânga și la dreapta. Dar unii pacienți ar putea prefera o proteză care îi conectează la un computer fără a pătrunde în creierul lor.

Macé prevede multe îmbunătățiri viitoare ale tehnicii, inclusiv făcând-o să adune mai multe informații prin imagistica unor bucăți 3D de țesut în loc de un plan plat. „Tehnologia nu este încă la potențialul său maxim”.