Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Open BCI: Aufstieg der Gehirn-Computer-Schnittstelle

Conor trägt einen frühen Prototyp des 3D-druckbaren EEG-Headsets OpenBCI.

Dieser Artikel erschien zuerst in Machen: Band 41.

Während der Digital Revolution-Ausstellung in diesem Sommer im Londoner Barbican Museum, befand sich ein kleines, von der Gehirnwelle beeinflussten Spiel zwischen Lady Gagas Haus von Gaga und Googles DevArt-Stand. Die Brainwriter-Installation von Not Impossible Labs kombinierte Tobii Eyetracking und ein EEG-Gerät (OpenBCI Electroencephalography), mit dem Spieler Laserstrahlen nur mit Augenbewegungen und Gehirnwellen auf virtuelle Roboter schießen können. "Whoa, das ist die Zukunft", rief ein Teilnehmer aus.

Der Brainwriter ist jedoch für weit mehr als nur Spiele ausgelegt. Es ist ein früher Versuch, die Brain-Computer Interface-Technologie zu verwenden, um ein umfassendes Kommunikationssystem für Patienten mit ALS und anderen neurodegenerativen Erkrankungen zu schaffen, die die motorische Funktion und die Sprechfähigkeit hemmen.

Das Gehirn ist eine der letzten Grenzen menschlicher Entdeckung. Jeden Tag wird es einfacher, die Technologie zu nutzen, um die Fähigkeiten dieses matschigen Dings in unseren Köpfen zu erweitern. Der BCI in der realen Welt wird für das Reverse Engineering und das weitere Verständnis des menschlichen Gehirns von entscheidender Bedeutung sein.

Obwohl sich BCI in einem embryonalen Zustand befindet - mit einer Definition, die sich täglich weiterentwickelt - ist es normalerweise ein System, das die direkte Kommunikation zwischen einem Gehirn und einem Computer ermöglicht und das unvermeidlich einen großen Einfluss auf die Zukunft der Menschheit hat. BCIs umfassen ein breites Spektrum an Technologien, die sich hinsichtlich Invasivität, Benutzerfreundlichkeit, Funktionalität, Kosten und praktischer Anwendbarkeit unterscheiden. Dazu gehören fMRI, Cochlea-Implantate und EEG. In der Vergangenheit wurden diese Technologien nur in der Medizin und in der Forschung verwendet. In letzter Zeit hat sich jedoch eine bedeutende Verschiebung ergeben: Da die Technologie immer kleiner, billiger und in das Gewebe des Alltags eingebunden wird, suchen viele Innovatoren nach praktischen Anwendungen außerhalb der Medizin . Es ist bereits passiert und wird oft von den Machern bestimmt.

OpenBCI 3D-gedruckte EEG-Headset-Prototypen.

Das Feld wächst mit erstaunlicher Geschwindigkeit. Ich habe vor zweieinhalb Jahren davon erfahren, und es wurde schnell zu einer Obsession. Ich träumte von den erstaunlichen Implikationen der Verwendung von nichts anderem als meinem Verstand, um mit einer Maschine zu kommunizieren. Ich dachte an meine Oma, die an einer neurodegenerativen Erkrankung litt, und wie BCIs es ihr erlauben würden, wieder zu sprechen. Ich dachte an meinen besten Freund, der gerade eine schwere Nackenverletzung erlitten hatte, und wie BCIs ihn wieder laufen lassen könnten. Ich dachte über die Unbestimmtheit von Aufmerksamkeitsstörungen nach und wie BCIs zu ergänzenden oder sogar zu ergänzenden Behandlungen führen könnten, die übermäßig verschriebene und süchtig machende Medikamente ersetzen.

Anschließend gründete ich zusammen mit Joel Murphy OpenBCI, um Zugang zu allen Aspekten des BCI-Designs zu bieten und diese Informationen auf organisierte, kollaborative und pädagogische Weise zu präsentieren. Ich bin nicht der einzige, der das Potenzial dieser erstaunlichen neuen Technologie sieht. Die Schaffung eines praktischen BCI in der realen Welt ist jedoch eine immense Herausforderung - da der unglaublich talentierte Murphy, der die Hardware entworfen hat, sagt: „Dieses Zeug ist wirklich sehr hart.“ Viele haben es versucht, aber keiner hat es geschafft. Es erfordert gemeinschaftliche Anstrengungen, um das Potenzial der Technologie zu erreichen und gleichzeitig die ethischen Vorgaben einzuhalten. (Es ist nicht schwer, einige nicht allzu weit entfernte dystopische Szenarien zu ergründen, in denen BCIs aus falschen Gründen verwendet werden.)

Russomanno (links) und Murphy demonstrieren den Einstieg in OpenBCI.

Unter den vielen BCI-Typen hat sich das EEG in letzter Zeit als Vorreiter in den Bereichen Handel und Heimwerker etabliert, auch weil es minimal invasiv ist und leicht in Signale übersetzt werden kann, die ein Computer interpretieren kann. Computer sind schließlich komplexe elektrische Systeme, und EEG ist das Abtasten elektrischer Signale von der Kopfhaut. Einfach ausgedrückt: EEG ist der beste Weg, um unser Gehirn und unsere Computer in die gleiche Sprache zu bringen.

Das EEG existiert seit fast hundert Jahren und wird am häufigsten zur Diagnose von Epilepsie verwendet. In den letzten Jahren haben zwei Unternehmen, NeuroSky und Emotiv, versucht, das EEG in die Verbraucherindustrie zu verpflanzen. NeuroSky baute das Mindwave, ein vereinfachtes Ein-Sensor-System und das billigste kommerzielle EEG-Gerät auf dem Markt - und machte damit das EEG für jedermann zugänglich und weckte das Interesse vieler früher BCI-Enthusiasten, darunter auch ich. Mit dem EPOC hat Emotiv ein System mit einer höheren Anzahl von Kanälen geschaffen, das die Kluft zwischen NeuroSky und dem EEG für Forschung in Bezug auf Kosten und Signalqualität aufteilt. Während diese Geräte BCI für Innovatoren geöffnet haben, gibt es immer noch eine große Lücke, die darauf wartet, von denen gefüllt zu werden, die die inneren Abläufe unserer Geräte erkunden möchten.

UCSD-Forscher Grant Vousden-Dishington, der auf der NeuroGaming 2014 mit OpenBCI zusammenarbeitete.

Mit OpenBCI wollten wir ein leistungsfähiges, anpassbares Werkzeug schaffen, mit dem Innovatoren mit unterschiedlichem Hintergrund und unterschiedlichen Fähigkeiten bei den unzähligen Herausforderungen der Verbindung von Gehirn und Körper zusammenarbeiten können. Wir haben ein Board entwickelt, das auf der Arduino-Elektronikprototyping-Plattform basiert, mit einem integrierten, programmierbaren Mikrocontroller und 16 Sensoreingängen, die alle vom Körper ausgegebenen elektrischen Signale aufnehmen können - einschließlich Gehirnaktivität, Muskelaktivität und Herzfrequenz. Und es kann alles auf das erste 3D-druckbare EEG-Headset montiert werden.

In den nächsten 5 bis 10 Jahren werden BCIs stärker verbreitet, von gedankengesteuerten Tastaturen und Mäusen über Rollstühle bis hin zu neuen Videospielen, die auf Biosignale reagieren. Einige dieser Systeme existieren bereits, obwohl noch viel zu tun ist, bevor sie zu Mainstream-Anwendungen werden.

Die neueste Version der OpenBCI-Karte.

In diesem Sommer passiert etwas wirklich Erstaunliches: Kommerziell erhältliche Geräte zur Verbindung des Gehirns tauchen überall auf. Im Jahr 2013 wurden im Rahmen verschiedener Crowdfund-Projekte mehr als 10.000 kommerzielle EEG-Systeme für den Eigenbedarf und für den Heimgebrauch beansprucht. Die meisten dieser Geräte wurden erst kürzlich ausgeliefert. Zusätzlich zu OpenBCI sind Emotivs neues Headset Insight, das Melon Headband und die InteraXon Muse auf Vorbestellung verfügbar. Daher werden sich in der zweiten Hälfte des Jahres 2014 und bis 2015 unzählige erstaunliche - und vielleicht sogar praktische - Implementierungen des BCI materialisieren. Aber BCIs sind noch im Entstehen begriffen. Trotz großer Ansprüche und großem Potenzial sind sie nicht bereit. Wir brauchen immer noch Macher, die hacken, bauen und experimentieren, um sie dazu zu nutzen, die Welt zu verändern.

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