Sučelja mozak-računalo: živimo li već u budućnosti?

Integracija čovjekova uma s računalom tema je koja za većinu ljudi i dalje spada u domenu znanstvene fantastike. Međutim, strelovit napredak znanosti u zadnjih nekoliko godina čini sučelja mozak-računalo (brain-computer interfaces, BCI) sve prisutnijim dijelom stvarnosti.

Što su sučelja mozak-računalo?

Definicijski, sučelje mozak-računalo svaki je sustav koji na neki način mjeri aktivnost centralnog živčanog sustava i konvertira tu aktivnost u umjetan output koji mijenja, obnavlja, poboljšava ili suplementira prirodnu sposobnost centralnog živčanog sustava, time mijenjajući njegove interakcije s vanjskim ili unutarnjim okolišem. Jedan od najpoznatijih praktičnih primjera u izvedbi je bionička ruka.

Kratko o povijesti

Povijest istraživanja BCI-ja počinje 70-ih godina prošlog stoljeća na Sveučilištu u Kaliforniji (UCLA), pod okriljem američkih organizacija National Science Foundation i DARPA-e (Defence Advanced Research Projects Agency). DARPA je agencija američkog ministarstva obrane, među ostalim poznata po tome što je razvila ARPANET, preteču interneta. Tako su osnovni ciljevi razvoja BCI-ja bili usko povezani s vojnim interesima: istraživati mogućnosti kako vratiti sposobnosti ozlijeđenim ili paraliziranim vojnicima, te poboljšati sposobnosti zdravim vojnicima kako bi bili učinkovitiji u izvršavanju svojih zadataka. Međutim, stečena znanja našla su svoju primjenu i u nizu drugih područja.

Kako funkcioniraju?

Princip funkcioniranja sučelja mozak-računalo funkcionira na prikupljanju signala iz mozga, analiziranja tih signala, te njihovog translatiranja u naredbe za neki vanjski uređaj. Također, što čini ta sučelja specifičnima jest da ne koriste obične neuromuskularne putove, nego se radi o sasvim odvojenom načinu prenošenja informacija iz mozga. Medicinski, trenutno je ova tehnologija najkorisnija za ljude koji boluju od neuromuskularnih poremećaja, poput ALS-a (amiotrofična lateralna skleroza), cerebralne paralize, moždanog udara ili ozljede leđne moždine. Obnova mogućnosti kretanja ili govora privlači mnogo medijske i znanstvene pažnje.

Postoji više vrsta signala iz mozga koji se mogu mjeriti i više metoda kako ih mjeriti. Najčešća je elektroencefalografija (EEG), kojom se električna aktivnost koju mozak generira bilježi preko elektroda postavljenih na površinu tjemena. fMRI (functional magnetic resonance imaging) i fNIR (functional near-infrared imaging) mjere zasićenost krvi kisikom i to koreliraju s neuralnom aktivnosti. Magnetoencefalografija (MEG) mjeri magnetska polja koja generira električna struja gibajući se po aksonima piramidalnih stanica. Različita sučelja mozak-računalo razlikuju se i po mjeri invazivnosti – od elektroda smještenih na tjeme do različitih naprava koje se mogu ‘ugraditi’ u neki dio mozga.

Sučelja mozak-računalo obuhvaćaju četiri sekvencijalne komponente: akviziciju signala, ekstrakciju značajke, translaciju značajke, i uređaj za output. Akvizicija signala odnosi se na mjerenje nekog moždanog signala (elektrofiziološke aktivnosti, protoka krvi, oksigenacije krvi). Kako signal mora proći kroz mozak, lubanju i kožu, može se u velikoj mjeri atenuirati te ga tako bude teško s točnošću prepoznati. Zabilježeni signal amplificira se do razina prikladnih za elektronsko procesuiranje, pa se mora digitizirati i na kraju prebaciti na računalo. Komponenta ekstrakcije značajke obuhvaća proces analiziranja digitalnih signala da bi se identificirale značajne karakteristike signala. Njih je potrebno filtirirati da se eliminira utjecaj signala koji dolaze od za zadatak nebitnih kretnji poput kretanja očiju ili škrgutanja zubima. Te se značajne karakteristike onda moraju reprezentirati u kompaktnom obliku, prikladnom za translaciju, i moraju imati značajnu korelaciju s korisnikovom namjerom. U translaciji značajke potrebno je imati algoritam koji će te značajke pretvoriti u naredbe za uređaj za output. Tako se smanjenje snage u nekoj vrpci frekvencije može prevesti u pomicanje kursora gore, ili se neki specifični potencijal može prevesti u specifično slovo (nakon što se u fazi treniranja korisnika uspostavi korelacija između potencijala i slova). Uređaj za output može značiti program za odabir slova, program za kontrolu kursora, za rukovanje robotskom rukom itd.

Novi horizonti

Zadnja dva desetljeća vrijeme su ubrzanog napretka ovih tehnologija. Iako su se prvi funkcionalni neuroprostetski uređaji pojavili u 90-ima, događaj koji je obilježio početak novog razdoblja je kad je u lipnju 2004. Matthew Nagle postao prva osoba s ugrađenim BCI-jem. Matthew Nagle bio je paraliziran od vrata nadolje nakon što je bio žrtva napada nožem, no uz pomoć BCI-ja uspio je obnoviti dio funkcija. Otad je sve više novih smjerova u kojima se ove tehnologije razvijaju. Zanimljive su zabavnim industrijama, gdje ih se može koristiti u VR-u i videoigrama. Istražuje se i mogućnost njihove primjene u osoba koje su u komi i vegetativnim stanjima, a velik potencijal leži i u tome da mogu koristiti u neurološkom mapiranju, potrebnom prije brojnih neuroloških kirurških zahvata.

Neki vide veliki potencijal u povezivanju BCI-ja i umjetne inteligencije. Neki smatraju da bi tako ljudi mogli upravljati mislenim procesima, u kojima bi bili učinkovitiji i uspješniji jer bi na raspolaganju imali sofisticirane oblike umjetne inteligencije kao pomoć. Ovakvim tehnologijama bilo bi moguće da i više ljudi istovremeno ‘razmišlja’ uz pomoć računala. Među najpoznatijim i medijski najpraćenijim kompanijama koje se ovime bave je Neuralink poznatog poduzetnika i inženjera Elona Muska.

Etičke dileme

U korištenju sučelja mozak-računalo postoje i brojne etičke dileme. Sofisticirana sučelja dodatno bi komplicirala već zamršena pitanja odgovornosti. S obzirom da je teško za očekivati da sučelje uvijek 100% precizno prati korisnikovu namjeru, u slučaju neke negativne posljedice bilo bi teško odrediti je li korisnik uistinu za nju bio kriv. Ako bi ove tehnologije pružale značajnu kognitivnu prednost, moguće da bi pristup njima imali samo pripadnici društveno povlaštenih grupa, čime bi svoje povlastice mogli dodatno ojačati i učvrstiti. Neki upozoravaju da bi ove tehnologije u rukama vlada moglo biti korišteno u ispitivanjima sumnjivaca, pa čak i do razine čitanja misli ili kontrole uma. Na pojedinačnoj razini, dugotrajni učinci na korisnika potpuno su nepoznati, a za očekivati je i neke nuspojave, koje je teško predvidjeti s obzirom na to da postoji jako puno toga što o našim mozgovima ne znamo.