Keď mozog skúma sám seba

začiatkom tohto roka predstavili ľudia z MIT verejnosti robota, ktorý v nejakom zmysle „číta ľudské myšlienky“. Základná demonštrácia vyzerá jednoducho: Robot má na stole pred sebou dve škatule, v jednej sú plechovky, v druhej cievky. Na druhej strane stola sedí človek, ktorý ma na hlave „elektroencefalografickú čiapku“ a robota pozoruje. Robot uchopí na stole stojacu plechovku alebo cievku a umiestni ju do správnej škatule. Ktorá škatuľa je správna, to zistí na základe dát z EEG čiapky človeka. Na tom ešte nie je nič nové, riadiť počítače pomocou EEG vieme už nejaký čas. Tento robot to však robí inak.

myslím, teda pohybujem

Pred desiatimi rokmi uviedla spoločnosť NeuroSky na trh relatívne lacnú EEG čiapku, pomocou ktorej sa čiastočne ovládala hra Adventures of NeuroBoy. V tejto hre sa vyhodnocovali iba dva stavy mozgovej činnosti dešifrovanej z EEG – stav pokoja a stav sústredenia. Odvtedy boli vyvinuté zariadenia, vďaka ktorým dokáže človek cez EEG ovládať pohyb kurzora na monitore počítača v jednom alebo viacerých smeroch. Jedno také zariadenie využívajú na svoj výskum aj ľudia z Centra pre kognitívnu vedu na bratislavskom matfyze. O princípe jeho fungovania nám porozprával koordinátor Centra Igor Farkaš:

„Zaujímavé je, že keď si človek predstavuje, že hýbe rukou, tak pohyb ani nemusí vykonávať a aj tak sa to prejaví zmenenou aktivitou v motorických centrách mozgu. Tieto zmeny sa prejavia v EEG signáloch a z týchto signálov sa dá odlíšiť stav, keď človek myslí na pohyb pravou rukou, od stavu, keď myslí na pohyb ľavou rukou. Zatiaľ vieme takto klasifikovať iba zopár stavov, takže týmto spôsobom dokážeme riadiť len pomerne jednoduché veci. A na to riadenie je často potrebný aj určitý mentálny tréning. Treba sa naučiť, ako manipulovať so svojím mozgom tak, aby dosiahol to, čo chce. Keď som si to skúšal sám na sebe, dosahoval som pri dvojstavovom klasifikátore úspešnosť na úrovni 80 až 85 percent, pričom 50-percentnú úspešnosť dosiahnete aj náhodne. Niektorí ľudia sa to vôbec nedokážu naučiť. Ich mozog funguje tak, že súčasné algoritmy nedokážu spoľahlivo odlíšiť jeho stavy.“

SCIENCE MUSEUM/PROFIMEDIAElektroencefalografická (EEG) čiapka je jedným z najrozšírenejších technologických prístupov k detekovaniu mozgovej aktivity. Merajú sa ňou signály spôsobované elektrickými prúdmi v mozgových bunkách.

Práve z hľadiska spoľahlivosti a univerzálnosti môže byť nový prístup vyvinutý na MIT prelomový. Informácia, ktorá sa v tomto prístupe „vyťahuje“ z EEG, totiž nesúvisí s riadením robota, ale len s jeho pozorovaním. Náš mozog vyhodnocuje chyby v konaní iných a práve signál o pozorovanej chybe sa dá registrovať na zachytenom EEG. Robot si náhodne vyberie jednu zo škatúľ a tvári sa, že do nej chce umiestniť predmet, ktorý drží. Ak to mozog pozorovateľa vyhodnotí ako chybu, robot zmení škatuľu, ak to za chybu nepovažuje, robot uloží predmet tam, kde sa ho aj chystal uložiť. Elegantné a veľmi univerzálne riešenie.

Rozhrania medzi mozgom a počítačom, všeobecne známe pod skratkou BCI (brain-computer interface), však neslúžia len na zábavu. Na trhu je dostupný napríklad BCI systém, pomocou ktorého dokážu ochrnutí ľudia písať. Aj bratislavské Centrum pre kognitívnu vedu využívalo BCI a stále úzko spolupracuje s projektom, ktorý vedie Roman Rosipal z Ústavu merania SAV. Cieľom projektu je roboticky asistovaná rehabilitácia hornej ochrnutej končatiny. Pri bežnej rehabilitácii sú to cvičitelia, ktorí pomáhajú oživovať svalstvo v snahe zabrániť jeho atrofii. 

„Rozhrania medzi mozgom a počítačom neslúžia len na zábavu.“

Na Ústave merania vyvinuli prototyp robotickej dlahy, ktorú ovláda sám pacient pomocou BCI. Predstavuje si konkrétny pohyb čiastočne ochrnutou rukou, táto predstava sa prejaví v EEG signáli a keď systém signál dešifruje, okamžite vyšle prístroju pokyn na pohnutie dlahou. Takto sa dá zabraňovať nielen atrofii svalstva, ale aj príslušných neurálnych dráh v motorických centrách mozgu. Celé zariadenie sa už tri roky testuje na jednom pacientovi, a za ten čas došlo k signifikantnému subjektívnemu aj objektívnemu zlepšeniu jeho stavu.

posvietiť si na neuróny

Zatiaľ sme hovorili len o EEG, čo je typická neinvazívna metóda, pri ktorej sa do mozgu nijako nezasahuje. Podobne neinvazívna je aj funkčná magnetická rezonancia (fMRI), ktorou sa meria aktivita neurónov na základe prietoku okysličenej krvi. Z týchto meraní sa pomocou špeciálneho softvéru vytvárajú trojrozmerné obrazy (v ktorých sú pixely nahradené takzvanými voxelmi) a vedec na základe týchto obrazov interpretuje, čo sa v mozgu deje. fMRI je fantastický nástroj, pomocou ktorého sa o mozgu dozvedáme čoraz viac podobností, hoci aj on má svoje muchy.