Láthatnak a vakok, mozoghatnak a bénák

A science fiction irodalom számtalan alkotása, valamint filmek tucatjai feszegették ember és gép összeolvadásának a témáját. Utóbbiak közül is elég csak a Terminátorra vagy a Mátrixra gondolni. Mi a helyzet a való életben? Összeállításunkban bemutatjuk, mire képesek a mai fejlesztések, s mire számíthatunk a közeljövőben.

Bár ezek a tudományos eredmények meglehetősen kezdetlegesnek tűnnek, mindegyiknek jelentős szerepe volt a jelenlegi egyik legfejlettebb agy-számítógép csatlakozás, a BrainGate kifejlesztésében. Ez egy 100 parányi elektródából álló lapka, amelyet egy milliméterrel az agy felszíne alá ültetnek be. Az eszközről már 2005-ben beszámolt a hvg.hu is, Matthew Nagle történetén keresztül. A fiatalember 2001-ben késelés áldozata lett, s tolószékbe kényszerült, azonban a BrainGate-nek köszönhetően segítség nélkül tudja ellátni mindennapi feladatait.

Az eszköz megalkotója John Donoghue professzor az idegrendszer tudomány szakértője, a Brown egyetem kutatójaként alapította a Cyberkinetics Neurotechnology Systems nevű céget, amellyel többek között a BrainGate kifejlesztését és tökéletesítését végezte.

A Massachusetts-i székhelyű cég eszköze lehetővé teszi a motorikus képességeiket elvesztett emberek számára, hogy számítógépeket, gépeket, vagy akár művégtagot vezéreljenek agyuk segítségével.

Ez az eredmény természetesen számtalan év és sokmillió dollárnyi kutatás eredménye. A cégnek számtalan kihívással kellett szembenéznie, mire képesek voltak létrehozni egy olyan háromdimenziós elektródarendszert, amelyet aztán hatékonyan lehet alkalmazni az agykéreg motorikus funkciókért felelős területén.

„A BrainGate új kommunikációs csatornát nyithat azok számára, akik betegség vagy balesett miatt lebénultak és a külvilágtól elzárva kellett létezniük” – magyarázta a vállalatot alapító John Donoghue, a Test & Measurement World című szaklap 2007 augusztusi számában megjelent interjújában. „Ehhez azonban hosszú utat kellett bejárnunk.”

A BrainGate kísérleti ábrázolása egy bemutatón, még 2005 decemberében © Paul Wicks/Wikipedia

A kutatások 1990-ben kezdődtek, a University of Utah berkein belül, ahol Richard Normann professzor egy szabadalmi kérvényt nyújtott be egy olyan rendszerre, amelynek eredeti célja az lett volna, hogy a világtalanoknak visszaadja a látását. Az általa alapított Bionic Technologies-t vásárolta fel a 2001-ben létrehozott Cyberkinetics, amelynek tulajdonosa, Donoghue az agyi jelek feldolgozására képes számítógép létrehozása érdekébenv égzett állatkísérleteket.

A Normann-féle eszköz továbbfejlesztésével jöhetett létre a 100 platinavégű elektródából álló chip, amelyet már klinikai tesztek során is alkalmaznak – lásd Nagle esetét. Az aprócska eszközből egy vékony drótköteg csatlakozik a bőrön keresztül a koponyához rögzített talapzathoz. Ez utóbbi rész felerősíti a jeleket, amelyeket egy hozzá csatlakoztatott kábelen keresztül továbbít egy, a páciens ágya mellett álló számítógéphez. A távlati tervekben már szerepel az infravörös fénnyel kommunikáló változat is, amely nagyobb szabadságot engedélyez a pácienseknek.

A BrainGate kifejlesztése során az egyik legnagyobb kihívást az jelentette, hogy az agyi aktivitásból megfelelően ki tudják szűrni a releváns jeleket, vagyis a jel/zaj arányát az előbbi javára billentsék. Erről a témáról a Physorg nevű weboldal számolt be, amikor interjút készítet Dr. Mehrdad Fatourechivel, a kanadai University of British Columbia egyik kutatójával.

„A kutatás során az egyik leglényegesebb tényező, hogy alacsony legyen a hamis pozitív jelek észlelése, ellenben a valódi pozitív jeleket képesek legyünk kiszűrni” – magyarázta a szakember. „Általában ha ez utóbbi aránya 70 százalék körül van, az elfogadhatónak számít kísérleti szempontból.”

Fatourechi kutatócsoportjának ugyan sikerült a hamis pozitív jelek arányát igen alacsonyra, mintegy 0,5 százalékra csökkentenie, azonban a valódi pozitív jelek mértéke sem haladta meg a 27,3 százalékot. A rendszer automatizálásával azonban sikerült a két arányt jelentősen megváltoztatni. Négy, egészséges kísérleti alannyal átlagosan 0,1 százalékos és 56,2 százalékos szinteket tudtak mérni. Ehhez pedig nagy precizitásra volt szükség, ugyanis az agyi aktivitás érzékelését leginkább ahhoz lehet hasonlítani, mint amikor egy szoba falán keresztül próbáljuk meg értelmezni a szomszédban beszélők átszűrődő hangfoszlányait.

Ezzel a feladattal kellett megbirkózni a Cyberkinetics kutatóinak is, akiknek az egyik legfontosabb feladata az volt, hogy megfelelő minőségű jeleket tudjanak kicsikarni az elektródákból. Emellett létre kellett hozniuk egy olyan számítógépes algoritmust, amely értelmezi azokat. A cél az volt, hogy megfelelően kiszűrjék a zajt, s a jeleket valós időben olyan információvá alakítsák amelynek segítségével a páciens megmozdíthatja egy számítógép kurzorját, rá tud kattintani egy ikonra, vagy akár képes működtetni egy robotkart.

„30 kHz-nyi jelet kell értelmeznünk az elektróda által használt 96 csatornán” – fejtette ki Donoghue. „Ez rengeteg számítási feladatot jelent, ugyanis nem elég, hogy fel kell dolgozni a beérkező jeleket, azokat megfelelően rendszereznünk is kell, majd értelmezni kell az adott impulzusokat, mindezt 150 milliszekundumon belül.”