TECHNOLOGIE

Cyborgi przestają być wyłącznie wymysłem autorów powieści fantastycznonaukowych

Komputer sterowany myślą

ZBIGNIEW WOJTASIŃSKI

Ludzie całkowicie sparaliżowani będą mogli samą myślą sterować komputerem, by porozumieć się z otoczeniem. Niezwykle czułe detektory, odczytujące wybrane fale mózgowe, testowane są w laboratoriach USA, Japonii i Europy. Do łączności z urządzeniami elektronicznymi można wykorzystać jakąkolwiek aktywność układu nerwowego - sygnały elektryczne wytwarzane ruchami gałek ocznych lub impulsy nerwów mięśni.

Jeszcze niedawno wszelkie rozważania na ten temat były domeną wyłącznie autorów powieści fantastycznonaukowych. Obecnie uczeni w kilkunastu ośrodkach prześcigają się w konstruowaniu urządzeń coraz sprawniej wykrywających komunikaty myślowe. Neurolodzy Uniwersytetu Emory w Atlancie wypróbowali u dwóch pacjentów system pozwalający sterować kursorem na ekranie monitora - bez pośrednictwa "myszy" lub klawiatury. Prof. Roy Bakaya wszczepił im do ośrodka ruchowego implanty krzemowe w kształcie stożka, zawierające miniaturowe elektrody. Po obrośnięciu komórkami nerwowymi rejestrują fale mózgu przesyłane do komputera poprzez przekaźnik umieszczony tuż pod czaszką. Chory musi tylko skoncentrować uwagę na kursorze, by go przestawić w górę lub w dół, na prawo i na lewo - w to miejsce na ekranie, gdzie umieszczone są wybrane zdania i polecenia.

Elektrody w mózgu

Komunikowanie się przy użyciu takiego systemu jest dość żmudne i kłopotliwe, ale wyłącznie dla ludzi zdrowych. Dla osób całkowicie sparaliżowanych, nie mogących wykonywać żadnych ruchów, nawet mięśniami twarzy, jest jedynym sposobem porozumiewania. Przykładem jest 57-letni mężczyzna, unieruchomiony po udarze mózgu, posługujący się nim od kilku miesięcy. Urządzenie ma jednak tę wadę, że wymaga użycia wszczepów, grożących powstaniem infekcji i uszkodzeniem mózgu. W przyszłości większe zastosowanie znajdą zapewne bardziej wyrafinowane detektory fal mózgowych, wyposażonych w elektrody umieszczane na skórze głowy. Kilka takich rozwiązań jest testowanych w USA, Niemczech oraz Japonii.

Tygodnik "New Scientist" informuje, że Niels Birbaumer z uniwersytetu w Tybindze opracował system wyposażony w elektrody umieszczane na głowie chorego - w sąsiedztwie ośrodka ruchowego. W tym obszarze mózgu są wytwarzane fale, które łatwiej rejestrować niż np. fale alfa, nie zawsze wychwytywane przez elektroencefalogram (EEG). Odpowiednio je modulując można przemieszczać kursor, np. na poszczególne litery widniejące w kilku rzędach na monitorze. Kolejno można je tak wybierać, by budować całe zdania. Niestety, jest to dość żmudna praca: na zaznaczenie każdej litery lub spacji potrzeba 80 sekund, a na sformułowanie krótkiej wypowiedzi - aż pół godziny. W ten sposób w Niemczech porozumiewa się już trzech pacjentów cierpiących na SLA - stwardnienie zanikowe boczne. Choroba ta atakuje komórki mózgu i rdzeń kręgowy (tzw. neurony ruchowe przekazujące impulsy do mięśni rąk i nóg). W ciągu kilku lat może doprowadzić do znacznego zaniku mięśni, całkowitej utraty sprawności i kontroli własnego ciała, a w końcu - do śmierci.

Elektroniczna telepatia

Sterowanie komputerem samą myślą stało się możliwe, gdy uczeni lepiej opanowali skomplikowane odczytywanie i werbalizację sygnałów ludzkiego mózgu. Pomogły w tym bardziej czułe detektory, a także urządzenia pozwalające wyselekcjonować wybrane impulsy elektryczne spośród tysiąca innych, jakie wytwarzane są przez układ nerwowy człowieka, np. podczas ruchu gałką oczną, mrugania powiekami czy połykania śliny. Wyłowione sygnały trzeba jeszcze przetworzyć w konkretne polecenia, np. "przesunąć kursor" na ekranie lub "nacisnąć klawisz" klawiatury. Pierwsze prace nad takimi urządzeniami rozpoczęto już w latach 60., ale obiecujące efekty uzyskano dopiero 30 lat później - na początku lat 90.

Dr Norio Fujimaki z ośrodka badawczego Fujitsu w Jokohamie próbował przed kilkoma laty za pośrednictwem elektroencefalogramu wyłowić w mózgu sygnały pojawiające się, gdy pojawi się w nim myśl np. o literze "A". Podobno nawet udało mu się tego dokonać, ale opracowany przez niego system potrzebował aż 10 godzin, by rozpoznać samogłoskę. Lepsze efekty uzyskał dr Emanuel Donchin, amerykański uczony zatrudniony przez ośrodek badawczy Air Force. Zauważył on, że silniejszy sygnał powstaje wtedy, gdy chory rozpozna na monitorze pokazywane przypadkowo litery, o których myślał. Mózg emituje wtedy falę oznaczoną symbolem P-300, nazwaną tak, gdyż trwa zaledwie 300 tysięcznych sekundy od wywołania takiej myśli.

System ten usprawnił dr Lawrence Farwell z laboratorium badań nad ludzkim mózgiem w Waszyngtonie: zamiast przypadkowych liter pokazywał na ekranie komputera matrycę z ułożonymi w kolumnach literami oraz kilkoma komendami. Podłączeni do systemu sparaliżowani pacjenci układali zdania, które po komendzie "talk" były odczytywane przez syntetyzator mowy. Podobne urządzenie, tym razem badaczy Uniwersytetu Tottori w pobliżu Osaki (również rejestrujące sygnały P-300), potrafi odczytywać pojedyncze słowa, jakie zaledwie na chwilę pojawiają się w umyśle człowieka. Komputer w ciągu 25 sekund porównuje je z kilkoma zakodowanymi w pamięci wzorami. Japońscy uczeni zapewniają, że jego możliwości będą coraz większe i coraz szybciej będzie potrafił odczytać polecenia pacjentów.

Homoelektronicus

Czy to oznacza, że kiedyś będzie można rozpoznać nie tylko pojedyncze sygnały, ale również myśli ludzi? Jeszcze niedawno takie pytanie byłoby niedorzeczne. Dziś naukowcy nie są już takimi sceptykami, tym bardziej że wprowadzane są coraz bardziej czułe detektory wyładowań elektrycznych oraz doskonalsze techniki badania mózgu. Tomografy oraz urządzenia do rezonansu magnetycznego pokazują, jaki fragment mózgu jest aktywny podczas różnych czynności umysłowych - czytania, liczenia, postrzegania lub wysiłku intelektualnego. Podejrzewa się, że istotną rolę odgrywają w nich fale mózgowe, które nie tylko są objawem tych czynności, ale zarazem integratorem neuronów znajdujących się w różnych ośrodkach mózgu, niezbędnych do ich wykonania. Co więcej, pojawiły się podejrzenia, że rejestrowanie biotencjałów mózgowych pozwala obrazować nieświadome procesy umysłowe związane z postrzeganiem, mową i motoryką. Sugerują to eksperymenty Stanislasa Dehaene'a z Narodowego Instytutu Zdrowia i Badań Medycznych (INSERM) we Francji, opublikowane na łamach "Nature". Gdyby potwierdziły to kolejne badania, w przyszłości można byłoby zarówno odczytywać niektóre myśli ludzi, jak i wpływać na ich podświadomość.

Aktywność elektryczną układu nerwowego można wykorzystać też do bezpośredniego komunikowania się człowieka z komputerem. Elektrody mocowane na głowie do odbioru sygnałów mózgu można umieścić też na skórze do rejestrowania impulsów wytwarzanych w mięśniach podczas skurczów. Dr David Warner, neurofizjolog Akademii Medycznej Loma Linda w Kalifornii, wspólnie ze specjalistami z Uniwersytetu Stanforda opracował urządzenie reagujące na ruchy mięśni twarzy. Zastosował je u sparaliżowanego, dziesięcioletniego chłopca, który po raz pierwszy po wypadku samochodowym mógł posługiwać się komputerem.

Podobnie do sterowania urządzeniami elektronicznymi można wykorzystać ruchy gałek ocznych: wystarczy użyć detektory wychwytujące towarzyszące im niewielkie zmiany napięcia twarzy. Nie można zatem wykluczyć, że w przyszłości rakiety będzie można nakierować na cel jedynie wzrokiem. Powstaną systemy rejestrujące zmiany napięcia mięśni, sygnały w mózgu oraz ruch gałek ocznych powstające w razie jakiegoś zagrożenia. "Inteligentne" systemy będą w stanie je właściwie zinterpretować i błyskawicznie zareagować, by uchronić samolot lub samochód przed katastrofą. Phil Kennedy z Uniwersytety Emory chce wykorzystać umieszczane w mózgu implanty do poruszania kończyn sparaliżowanych ludzi. Ma nadzieję, że odpowiednio koncentrując uwagę niepełnosprawni będą mogli wydawać polecenia przytwierdzonym do nóg miniaturowym generatorom impulsów elektrycznych wywołujących skurcz mięśni. W XXI w. cyborgi - istoty będące skrzyżowaniem biologii z elektroniką - przestaną być wyłącznie wymysłem autorów powieści fantastycznonaukowych.
Do łączności z urządzeniami elektronicznymi można wykorzystać jakąkolwiek aktywność układu nerwowego. uczeni prześcigają się w konstruowaniu urządzeń coraz sprawniej wykrywających komunikaty myślowe. Komunikowanie się przy użyciu takiego systemu jest dość żmudne i kłopotliwedla ludzi zdrowych. Dla osób całkowicie sparaliżowanych jest jedynym sposobem porozumiewania. W przyszłości większe zastosowanie znajdą zapewne wyrafinowane detektory fal mózgowych, wyposażonych w elektrody umieszczane na skórze głowy. w sąsiedztwie ośrodka ruchowego są wytwarzane fale, które łatwiej rejestrować niż np. fale alfa. Odpowiednio je modulując można przemieszczać kursor, np. na poszczególne litery widniejące w kilku rzędach na monitorze, by budować całe zdania. Sterowanie komputerem samą myślą stało się możliwe, gdy uczeni lepiej opanowali skomplikowane odczytywanie i werbalizację sygnałów ludzkiego mózgu. Pomogły w tym bardziej czułe detektory. Pierwsze prace rozpoczęto już w latach 60., ale obiecujące efekty uzyskano na początku lat 90. dr Emanuel Donchin Zauważył, że silniejszy sygnał powstaje wtedy, gdy chory rozpozna na monitorze pokazywane przypadkowo litery, o których myślał. System ten usprawnił dr Lawrence Farwell. Aktywność elektryczną układu nerwowego można wykorzystać też do bezpośredniego komunikowania się człowieka z komputerem. Podobnie do sterowania urządzeniami elektronicznymi można wykorzystać ruchy gałek ocznych. Nie można zatem wykluczyć, że w przyszłości rakiety będzie można nakierować na cel jedynie wzrokiem. W XXI w. cyborgi - istoty będące skrzyżowaniem biologii z elektroniką - przestaną być wyłącznie wymysłem autorów powieści fantastycznonaukowych.