Interfejsy mózgowo-komputerowe

Interfejsy mózg-komputer (BCI) to nowatorska dziedzina łącząca w sobie neuronaukę, inżynierię i informatykę. Systemy te umożliwiają bezpośrednią komunikację między mózgiem i urządzeniami zewnętrznymi, dzięki czemu aktywność neuronalna może być tłumaczona na polecenia, które mogą sterować komputerami, protezami i innymi urządzeniami technologicznymi. SKS ma ogromny potencjał przywracania utraconych funkcji u osób z zaburzeniami neurologicznymi, poprawy ludzkich zdolności i otwierania nowych możliwości interakcji z technologią.

Nowe technologie SKS, takie jak implanty neuronowe i zaawansowane protezy, przesuwają granice tego, co jest możliwe. Implanty neuronowe mogą rejestrować i stymulować aktywność neuronalną, zapewniając korzyści terapeutyczne i poprawiając funkcje poznawcze. Urządzenia protetyczne zintegrowane z sygnałami neuronowymi zapewniają bardziej naturalną i intuicyjną kontrolę osobom po amputacji i sparaliżowanym.

Jednak w miarę rozwoju SKS, względy etyczne stają się coraz ważniejsze. W centrum debaty znajdują się kwestie dostępności, wpływu społecznego, prywatności i podstawowej tożsamości człowieka. Zapewnienie równego dostępu do tych technologii i zajęcie się potencjalnymi konsekwencjami społecznymi ma kluczowe znaczenie dla ich odpowiedzialnego rozwoju i integracji.

W tym artykule omówiono nowe technologie SCS, ze szczególnym uwzględnieniem implantów neuronowych i protez, a także przeanalizowano zagadnienia etyczne związane z dostępnością i wpływem na społeczeństwo.

Nowe technologie: implanty i protezy nerwowe

Implanty nerwowe

Przegląd

Implanty nerwowe to urządzenia wszczepiane chirurgicznie do mózgu lub układu nerwowego w celu bezpośredniej interakcji z tkanką nerwową. Mogą rejestrować aktywność neuronów, stymulować neurony lub wykonywać jedno i drugie. Implantaty te spełniają szereg funkcji: od interwencji terapeutycznych po poprawę funkcji poznawczych.

Rodzaje implantów nerwowych

Urządzenia do głębokiej stymulacji mózgu (DBS)

• Funkcjonować: Przesyła impulsy elektryczne do określonych obszarów mózgu.
• Aplikacja:
• Leczenie choroby Parkinsona: Zmniejsza objawy motoryczne takie jak drżenie i sztywność.
• Drżenie samoistne: Łagodzi mimowolne drżenie.
• Dystonia: Leczenie przykurczów mięśni powodujących nienaturalne postawy.
• Zaburzenie obsesyjno-kompulsywne (OCD): Eksperymentalne zastosowanie w ciężkich przypadkach.

Implanty kostne

• Funkcjonować: Oddziałuje na część kory mózgowej, rejestrując lub stymulując aktywność neuronalną.
• Aplikacja:
• Implantaty korowe ruchowe: Umożliwia sterowanie protezami kończyn lub kursorami komputerowymi.
• Implanty wzrokowe korowe: Celem jest przywrócenie widzenia poprzez stymulację dróg wzrokowych.
• Systemy sprzężenia zwrotnego sensorycznego: Zapewnia wrażenia dotykowe poprzez stymulację.

Połączenia nerwów obwodowych

• Funkcjonować: Łączy się z nerwami poza mózgiem i kręgosłupem.
• Aplikacja:
• Zarządzanie protezami: Interfejsy z nerwami obwodowymi umożliwiają sterowanie protezami kończyn.
• Protezy sensoryczne: Przywraca wrażenia dotykowe i propriocepcję.

Zestawy mikroelektrod

• Przykłady: Tablica Utah, Neurogrid.
• Funkcjonować: Rejestracja i stymulacja aktywności neuronalnej z dużą gęstością.
• Aplikacja:
• Badania neurologiczne: Badania nad sieciami neuronowymi i funkcjami mózgu.
• Neuroprotetyka: Zarządzanie urządzeniami o wysokiej rozdzielczości.

Znane projekty i wydarzenia

Neuralink

• Założyciel: Elon Musk.
• Zamiar: Stworzenie interfejsów mózg-maszyna o niezwykle wysokiej przepustowości, umożliwiających łączność ludzi i komputerów.
• Technologia:
• Elastyczne elektrody lutownicze: Cieńsze od ludzkiego włosa, zaprojektowane tak, aby zminimalizować uszkodzenia tkanek.
• Chirurgia robotyczna: Automatyczne wdrażanie w celu zwiększenia dokładności.

BrainGate

• Współpracownicy: Uniwersytet Browna, Szpital Ogólny w Massachusetts, Uniwersytet Stanforda.
• Zamiar: Przywrócenie komunikacji i możliwości poruszania się osobom sparaliżowanym.
• Osiągnięcia:
• Zarządzanie komputerem: Uczestnicy mogli sterować kursorami i ramionami robota za pomocą myśli.

Synchroniczny

• Technologia: Interfejs neuronowy stentrody.
• Postawa: Małoinwazyjna implantacja przez naczynia krwionośne.
• Aplikacja: Umożliwia komunikację pacjentom z ciężkim paraliżem.

Integracja protetyczna z sygnałami neuronowymi

Postęp w protezach kończyn

Kontrola protezy nerwowej

• Protezy mioelektryczne
• Mechanizm: Wykorzystuje sygnały elektryczne z pozostałych mięśni do sterowania ruchami protez.
• Ograniczenia: Ograniczony stopień swobody i mniej intuicyjne sterowanie.
• Celowane przekierowanie mięśni (TMR)
• Proces: Zabieg chirurgiczny polegający na przekierowaniu nerwów do alternatywnych lokalizacji mięśni.
• Korzyść: Zapewnia dodatkowe sygnały sterujące do protez, poprawiając ich funkcjonalność.
• Bezpośrednie połączenia neuronowe
• Postawa: Elektrody wszczepia się w korę ruchową lub nerwy obwodowe.
• Funkcjonalność:
• Intuicyjne sterowanie: Użytkownicy mogą sterować protezami za pomocą zamierzonych ruchów.
• Ruchy złożone: Umożliwia sterowanie wieloma stopniami swobody.

Integracja sprzężenia zwrotnego sensorycznego

• Sztuczne uczucie
• Informacja zwrotna dotykowa: Protezy wyposażone w czujniki przekazują użytkownikowi wrażenia dotykowe.
• Sprzężenie zwrotne proprioceptywne: Zapewnia świadomość położenia i ruchu kończyn.
• Techniki
• Stymulacja elektryczna: Poprzez stymulację nerwów w celu wywołania wrażeń.
• Optogenetyka: Eksperymentalna metoda wykorzystująca światło do kontrolowania neuronów zmodyfikowanych genetycznie w celu ekspresji kanałów jonowych wrażliwych na światło.

Studia przypadków i przykłady

Modułowa Proteza Kończyny (MPL)

• Wywoływacz: Laboratorium Fizyki Stosowanej Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa.
• Cechy:
• Zaawansowana robotyka: Zapewnia niemal taką samą elastyczność jak ludzka ręka.
• Integracja neuronalna: Kontrolowane za pomocą elektrod wszczepionych do kory ruchowej.
• Wyniki: Uczestnicy byli w stanie wykonywać skomplikowane zadania, takie jak uściski dłoni i manipulowanie przedmiotami.

Ramię LUKE'A

• Wywoływacz: Korporacja badawczo-rozwojowa DEKA.
• Innowacja: Łączy kontrolę mioelektryczną ze sprzężeniem zwrotnym siły chwytu.
• Uderzenie: Poprawiono umiejętności motoryki precyzyjnej użytkowników.

Rozważania etyczne: dostępność i wpływ na społeczeństwo

Dostępność

Bariery ekonomiczne

• Wysokie ceny:
• **Rozwój i produkcja

Koszty:** Zaawansowane SKS są drogie w opracowaniu i produkcji.

• Zabiegi chirurgiczne: Wdrożenie wymaga specjalistycznej wiedzy medycznej i sprzętu.
• Konserwacja i aktualizacje: Bieżące koszty konserwacji sprzętu i aktualizacji oprogramowania.
• Ubezpieczenia i rozliczenia:
• Brak pokrycia: Wiele polis ubezpieczeniowych w ogóle nie obejmuje technologii SKS.
• Nierówności społeczno-ekonomiczne: Osoby o niższych dochodach mogą nie mieć dostępu do tych technologii.

Włączenie

• Nierówności globalne:
• Kraje rozwinięte a rozwijające się: Dostęp jest możliwy głównie w bogatszych krajach.
• Ograniczenia infrastruktury: Brakuje placówek medycznych mogących udzielić wsparcia osobom cierpiącym na SKS.
• Prawa osób niepełnosprawnych:
• Upoważnienie kontra zależność: Zapewnienie, że SKS zwiększa autonomię bez tworzenia nowych zależności.
• Zasady projektowania uniwersalnego: Projektuj technologie dostępne dla różnych grup ludności.

Strategie poprawy dostępności

Obniżka ceny

• Ekonomia skali: Produkcja masowa w celu obniżenia cen jednostkowych.
• Platformy Open Source: Zachęcaj do współpracy przy tworzeniu i udostępnianiu zasobów.

Polityka i regulacje

• Dofinansowanie rządowe: Dotacje i granty mające na celu wspieranie badań naukowych i ułatwianie dostępu pacjentom.
• Reforma ubezpieczeń: Nakaz objęcia opieką niezbędnych technologii SKS.

Partnerstwa publiczno-prywatne

• Współpraca: Współpraca między rządami, środowiskiem akademickim i przemysłem na rzecz promowania równego dostępu.
• Inicjatywy edukacyjne: Szkolenie specjalistów w regionach rozwijających się.

Wpływ na społeczeństwo

Prywatność i bezpieczeństwo

Ochrona danych

• Informacje poufne: Dane neuronowe są niezwykle osobiste i niepowtarzalne.
• Możliwe nadużycie: Ryzyko, że interfejsy neuronowe mogą zostać naruszone lub uzyskane w sposób nielegalny.
• Środki bezpieczeństwa cybernetycznego:
• Szyfrowanie: Transmisja danych pomiędzy SKS a urządzeniami zewnętrznymi jest zabezpieczona.
• Normy regulacyjne: Ustal wytyczne dotyczące przetwarzania i ochrony danych.

Tożsamość i autonomia człowieka

Samo-zmiana

• Poprawa funkcji poznawczych: SKS, które poprawiają pamięć i zdolności poznawcze, mogą zmieniać tożsamość jednostki.
• Pytania dotyczące autentyczności: Debata na temat „naturalnego” „ja” kontra zdolności ulepszone technologicznie.

Autonomia

• Sieć kontrolna: Upewnij się, że użytkownicy mają pełną kontrolę nad swoim SKS.
• Zgoda i agencja: Wdrażanie zasad etycznych wymaga świadomej zgody i poszanowania autonomii jednostki.

Równość i Sprawiedliwość

Stratyfikacja społeczna

• Zagadka poprawy: Istnieje możliwość, że SKS stworzy nierówność między jednostkami ulepszonymi i nieulepszonymi.
• Ryzyko dyskryminacji: Piętno dla tych, którzy nie mogą lub nie chcą stosować SCS.

Sprawiedliwa dostępność

• Niedyskryminacja: Zasady zapobiegające dyskryminacji ze względu na stosowanie lub ulepszanie SKS.
• Zaangażuj się w tworzenie: Włącz różne grupy w proces projektowania i wdrażania SKS.

Aspekty prawne i regulacyjne

Odpowiedzialność i rozliczalność

• Odpowiedzialność za niesprawne urządzenia: Wyjaśnij kwestię odpowiedzialności w przypadku awarii sprzętu powodującej szkody.
• Obowiązki produkcyjne: Zapewnij bezpieczeństwo i niezawodność SKS.

Własność intelektualna

• Prawa patentowe: Zrównoważyć zachęty do innowacji z dostępnością.
• Własność danych: Określ, kto jest właścicielem danych neuronowych generowanych przez SKS.

Normy międzynarodowe

• Harmonizowanie: Opracowanie globalnych standardów etycznego stosowania SKS.
• Wyzwania międzynarodowe: Omów różnice w przepisach i etyce między poszczególnymi krajami.

Efekty psychologiczne i społeczne

Dobre samopoczucie psychiczne

• Trudności adaptacyjne: Użytkownicy mogą mieć trudności z integracją SKS ze swoim postrzeganiem siebie.
• Ryzyko uzależnienia: Ryzyko, że użytkownicy staną się psychologicznie uzależnieni od technologii.

Interakcja społeczna

• Zmiany w komunikacji: SKS może zmienić sposób, w jaki ludzie wchodzą w interakcje społeczne.
• Percepcje kulturowe: Różna akceptacja SKS w różnych kulturach.

Interfejsy mózg-komputer otwierają nowe możliwości w dziedzinie technologii i medycyny, oferując znaczące możliwości przywracania utraconych funkcji, zwiększania możliwości człowieka i redefiniowania interakcji ze światem cyfrowym.

Jednak rozwój SKS rodzi istotne zagadnienia etyczne, które należy aktywnie rozważyć. Dostępność pozostaje kluczowym wyzwaniem, gdyż bariery ekonomiczne i nierówności społeczne sprawiają, że świadczenia są ograniczane do grup uprzywilejowanych.Skutki społeczne, w tym obawy dotyczące prywatności, zmiany tożsamości człowieka i potencjalne rozwarstwienie społeczne, wymagają przemyślanego dialogu i odpowiedzialnego kształtowania polityki.

Aby rozwój technologii informacyjno-komunikacyjnych (ICT) przebiegał etycznie, był inkluzywny i korzystny dla całego społeczeństwa, konieczna jest współpraca pomiędzy twórcami technologii, etykami, decydentami i opinią publiczną. Rozpatrując kwestie etyczne obok innowacji technologicznych, możemy wykorzystać potencjał interfejsów mózg-komputer w celu poprawy jakości życia, jednocześnie chroniąc wartości równości, autonomii i sprawiedliwości.

Literatura

• Allison, BZ, Dunne, S., Leeb, R., Maddían, J. del R., i Nijholt, A. (2013). W kierunku praktycznych interfejsów mózg-komputer. Skoczek.
• Chandrasekaran, S. (2017). Technologia interfejsu mózg-komputer: w kierunku kontroli gier i rehabilitacji. Inteligencja obliczeniowa i neuronauka, 2017.
• Fins, JJ, Illes, J. i Huggins, JE (red.). (2017). Wyzwania etyczne w zaawansowanej technologii interfejsu mózg-komputer. Skoczek.
• Graimann, B., Pfurtscheller, G., i Allison, B. (red.). (2010). Interfejsy mózg-komputer: rewolucja w interakcji człowiek-komputer. Skoczek.
• Lebedev, MA i Nicolelis, M.A.L. (2017). Interfejsy mózg-maszyna: od nauk podstawowych do neuroprotez i neurorehabilitacji. Recenzje fizjologiczne, 97(2), 767-837.
• Nijboer, F., Clausen, J., Allison, BZ i Haselager, P. (2013). Ankieta Asilomar: Opinie interesariuszy na temat kwestii etycznych związanych z interfejsem mózg-komputer. Neuroetyka, 6(3), 541-578.
• Oxley, T., Opie, N. i in. (2016). Małoinwazyjny wewnątrznaczyniowy stent-elektroda umożliwiający wierne, przewlekłe rejestrowanie aktywności neuronalnej kory mózgowej. Biotechnologia natury, 34(3), 320-327.
• Rao, RPN (2019). Interfejs mózg-komputer: wprowadzenie. Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge.
• Sherman, W.R. i Craig, A.B. (2018). Zrozumienie rzeczywistości wirtualnej: interfejs, aplikacja i projekt (wydanie 2). Zobacz Morgana Kaufmana.
• Slater, M. i Sanchez-Vives, MV (2016). Ulepszamy nasze życie dzięki wciągającej rzeczywistości wirtualnej. Granice robotyki i sztucznej inteligencji, 3, 74.
• Wiederhold, BK i Wiederhold, MD (2007). Terapia rzeczywistości wirtualnej w leczeniu zaburzeń lękowych: postępy w ocenie i leczeniu. Amerykańskie Towarzystwo Psychologiczne.

← Poprzedni artykuł Następny temat→

• Narzędzia do nauki cyfrowej
• Asystenci sztucznej inteligencji
• Gry i umiejętności poznawcze
• Rzeczywistość wirtualna (VR) i rzeczywistość rozszerzona (AR)
• Urządzenia noszone i biohacking
• Interfejsy mózg-komputer

Powrót na górę