Fortschritte bei Brain-Computer-Interfaces (BCIs) geben Menschen mit neurologischen Erkrankungen Hoffnung

Die Nachfrage nach Brain-Computer-Interfaces (BCIs) steigt stetig. BCIs mögen Science-Fiction-haft erscheinen, doch die Forschung und Entwicklung, die in die heutigen Systeme gesteckt wurde, macht sie zu erstaunlichen Leistungen fähig. Diese Geräte ermöglichen es Menschen, mit elektronischen Geräten nur durch Gedanken zu kommunizieren. Forscher der Carnegie Mellon University glauben, einen Weg gefunden zu haben, die Qualität von BCIs zu verbessern. Hier erfahren Sie, was Sie wissen müssen.

Die Studie, das in Nature Communications veröffentlicht wurde, stellt eine neue Methode zur Verbesserung der nicht-invasiven BCI-Leistung vor. Die Methode nutzt Ultraschall, um die Datenübertragung zwischen Wearables und dem Gehirn zu verbessern. Daher haben ihre Ergebnisse die gesamte Community begeistert.

Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCIs)

Brain-Computer-Interfaces sind die natürliche Weiterentwicklung der Interaktion zwischen Mensch und Maschine. Viele Menschen sind überrascht, wenn sie erfahren, dass bei der ersten Tastatur nicht viel darüber nachgedacht wurde. Die Computerdesigner konzentrierten sich mehr auf andere Aufgaben als darauf, eine neue Möglichkeit zur Texteingabe in eine Maschine zu entwickeln. Heute ist die Interaktion mit Maschinen zu einem zentralen Schwerpunkt für Entwickler geworden, die versuchen, diese Momente nahtlos zu gestalten.

BCI-Geräte können diese Aufgabe erfüllen. Sie messen elektromagnetische Impulse im Gehirn und setzen diese in Aktionen um. Die besten Systeme überwachen neuronale Schaltkreise mithilfe nicht-invasiver Verfahren, beispielsweise Wearables. Der Vorteil dieser Technologie: Sie ist kostengünstig in der Herstellung, einfach zu bedienen und für jedermann nutzbar.

Markt für Brain-Computer-Interfaces wird rasant wachsen

Dem jüngsten Skyquest-Bericht zufolge wird der BCI-Markt einen Umsatzanstieg erleben. Die Daten zeigten, dass der Markt bis 6.18 auf 2030 Milliarden Dollar anwachsen wird. Dieses Wachstum entspricht einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 17.16 % für die folgenden Jahre. Dieses Wachstum kommt aus vielen Sektoren, darunter der zunehmenden Nutzung in der Medizin-, Spiele- und Unterhaltungsbranche.

Dieselbe Studie zeigte, wie KI und maschinelles Lernen diese Technologie auf ein neues Niveau heben. Diese Algorithmen haben es den Systemen ermöglicht, mehr zu lernen und ihre Genauigkeit zu verbessern. Und das Beste daran: Je mehr Daten empfangen werden, desto besser ist die Leistung. Folglich steht dem BCI-Markt ein starkes Wachstum bevor.

Probleme mit Gehirn-Computer-Schnittstellen

Das BCI-Konzept klingt auf dem Papier großartig, aber die Entschlüsselung von Gehirnströmen ist viel schwieriger, als man sich vorstellen kann. Vor allem, wenn man bedenkt, dass der Großteil seiner Arbeit auf nicht-invasive Weise durchgeführt werden muss. Die Öffentlichkeit wäre nicht einverstanden, wenn bei so vielen verletzten Patienten Gehirnchips implantiert würden, die nicht richtig funktionierten.

Nichtinvasive BCIs sind die beste Option. Sie sind leicht zu integrieren und universell verfügbar, sodass sie auch von schwerstbehinderten Menschen verwendet werden können. Heute messen nichtinvasive BCIs die Gehirnwellenaktivität außerhalb des Schädels. Diese zusätzliche Interferenzschicht reduziert die Genauigkeit dieser Geräte erheblich, was zu höheren Fehlerraten im Vergleich zu invasiven Optionen führt.

Studie

Die Studie „Transkraniell fokussierter Ultraschall für V5 verbessert die menschliche visuelle Bewegungsschnittstelle zwischen Gehirn und Computer durch Modulation der merkmalsbasierten Aufmerksamkeit“ zeigt, dass ultraschallgezielte Neuromodulation die Kommunikationsfähigkeiten des Gehirns mit nichtinvasiven BCIs verbessern kann. Die Forscher wollten testen, ob transkraniell fokussierter Ultraschall (tFUS) in Kombination mit hochdichter Elektroenzephalografie (EEG) die Leistung verbessern und die Möglichkeit zur bidirektionalen Kommunikation bieten kann.

Wissenschaftler:innen

Der Bericht wurde von Forschern der Carnegie Mellon University unter der Leitung von Bin He vorgelegt. Sein Team hat Jahre damit verbracht, BCI-Technologie zu erforschen, zu entwickeln und zu verbessern. Die Forscher sind insbesondere auf nicht-invasive BCIs spezialisiert und damit die ideale Gruppe für die Durchführung dieser Studie.

Besonders hervorzuheben ist, dass die Studie erhebliche Unterstützung von der BRAIN-Initiative des NIH und der Helping to End Addiction Long-term Initiative (NIH HEAL Initiative) erhielt. Diese Gruppen stellten materielle und finanzielle Unterstützung zur Verfügung, um sicherzustellen, dass die Forscher Zugang zu allen erforderlichen Werkzeugen hatten. Die Daten werden nun für eine Reihe dringend benötigter wissenschaftlicher Studien verwendet.

Test

In der Testphase der Studie wurden 25 Probanden mit einer speziell angefertigten EEG-Kappe ausgestattet. Die Kappe wurde entwickelt, um Gehirnströme zu erfassen und zu registrieren, die dann zur Verarbeitung an einen KI-Algorithmus gesendet werden. Das System verwendet Deep-Learning-Algorithmen, um die Wellen zu entschlüsseln und seine Leistung mit zunehmender Erfahrung zu verbessern.

Die Teilnehmer hatten zwei Hauptaufgaben. Die erste Aufgabe bestand darin, einen Roboterarm zu steuern. Alle Versuchspersonen waren in der Lage, die mechanische Hand nur mit ihrem Verstand erfolgreich zu manipulieren. Beim nächsten Test mussten die Teilnehmer einen BCI-Buchstabierer verwenden. Buchstabierer werden häufig von behinderten Menschen verwendet, um die Kommunikation zu verbessern.

Ergebnisse

Die Ergebnisse der Studie waren aufschlussreich. Die Teilnehmer konnten den Roboterarm mühelos steuern. Der KI-Algorithmus übersetzte und dekodierte die Gehirnaktivität erfolgreich in Echtzeit in relevante Aufgaben. Das Gerät kodierte anschließend ein Rücksignal, das den Teilnehmern mitteilte, dass die Aufgabe erledigt war. Diese bidirektionale Kommunikation war eine Premiere für diese Technologie und markierte einen wichtigen Meilenstein in der Entwicklung.

Die Daten zeigten, dass tFUS die Leistung von tragbaren EEG-Geräten deutlich verbesserte. Die Geräte konnten die Gehirnaktivität besser erfassen, was auch den Fehler bei einer BCI-Buchstabieraufgabe reduzierte. Die hochfrequenten Wellen trugen dazu bei, die Theta- und Alpha-Aktivitäten, die dorsale visuelle Verarbeitung und die erhöhte Theta-Neuralschwingung zu steigern. Die letzteren Signale verbesserten die Konzentration.

Quelle – Carnegie Mellon

Die Ergebnisse des BCI-Rechtschreibtests

Die Ergebnisse des BCI-Buchstabiertests zeigten, dass die Teilnehmer das gewünschte Wort erfolgreich und konsistent buchstabieren konnten, wenn ein fokussierter Ultraschallstrahl extern auf den visuellen Kortex des Gehirns angewendet wurde. Wissenschaftler untersuchten ihre Ergebnisse und entdeckten, dass die Neuromodulation die neuronale Interaktion verbesserte, was zu einer höheren Genauigkeit führte. Die Teilnehmer können im Rahmen des Tests komplexe Wörter, darunter „Carnegie Mellon“, buchstabieren. Folglich könnte dieser Durchbruch das Leben von Millionen behinderter Menschen weltweit verbessern.

Vorteile

Diese Forschung könnte in den kommenden Monaten erhebliche Vorteile bringen. Zum einen trägt ihre Studie dazu bei, weitere Investitionen und Forschungen in die BCI-Technologie zu ermöglichen. Die Tastatur ist seit der Einführung des Personalcomputers dieselbe geblieben. BIC wäre eine massive Verbesserung, die die Tür für ein neues Technologiezeitalter öffnen würde.

Die Forscher haben gezeigt, wie fokussierte Ultraschall-Neuromodulation des Gehirns dessen Fähigkeit verbessert, mit externen EEG-Sensoren zu kommunizieren. Nun wird das Team versuchen, Miniaturversionen ihrer Technologie herzustellen, die von jedem überall verwendet werden können. Darüber hinaus wird das KI-Modell erweitert, wenn mehr Daten hinzukommen.

Anwendungsfall

Es gibt viele Anwendungsfälle für BCI-Computergeräte. Stellen Sie sich vor, Sie steuern Ihr Smartphone einfach mit Ihrem Verstand. Für den Durchschnittsmenschen scheint diese Aufgabe Zauberei zu sein, aber die Wissenschaft ist nicht weit davon entfernt. Wo diese Technologie einen Unterschied macht, ist, wenn man sich mit ihren wichtigsten Anwendungsfällen befasst:

Gesundheitswesen

Millionen von Menschen auf der ganzen Welt sind behindert und nicht in der Lage zu kommunizieren oder komplexe Aufgaben zu bewältigen. Die Integration von BCIs mit KI könnte das Leben dieser Menschen deutlich einfacher machen. Diese Technologie wird mit automatisierten Reisediensten kombiniert, um es dem Durchschnittsmenschen zu ermöglichen, sich unabhängig von seinem körperlichen Zustand fortzubewegen und Aufgaben zu erledigen. Für Menschen mit neurologischen Erkrankungen ist diese Lösung absolut sinnvoll.

Branche

Es gibt unzählige Möglichkeiten, wie BCIs zur Optimierung industrieller Prozesse beitragen können. Mithilfe dieser Protokolle können Ingenieure und andere Fachkräfte in Echtzeit auf wertvolle Daten zugreifen und diese teilen. Diese Informationen werden mit leistungsstarken KI-Algorithmen kombiniert, um die Effizienz zu steigern und die Ergebnisse zu verbessern, wo immer dies möglich ist.

Unternehmen, die von dieser Forschung profitieren könnten

Die fortgesetzte Forschung zu BCIs wird dazu beitragen, die Einführung neuer Technologien in Zukunft voranzutreiben. Insbesondere wird die Beseitigung technischer Hindernisse für die Einführung in den meisten Branchen Realität, wenn BCIs immer häufiger zum Einsatz kommen. Hier sind ein paar Unternehmen, die angesichts des wachsenden BCI-Marktes gut positioniert sind.

1. Blackrock Neurotech

Blackrock Neurotech ist ein wichtiger Konkurrent im BCi-Sektor. Das Unternehmen bietet der Öffentlichkeit mehrere Produkte an, die BCI-Technologie nutzen. Das MoveAgain BCI-System ist eine von der FDA zugelassene Lösung, die es behinderten Menschen ermöglicht, mithilfe von BCIs ihren Bewegungsradius, ihre Kommunikation und vieles mehr zu verbessern.

Blackrock Neurotech ist auf invasive BCI-Technologie spezialisiert. Diese kleinen Implantate haben eine bessere Signalstärke und Genauigkeit als nichtinvasive Technologien, da sie eine kraniale Beeinträchtigung vermeiden. Das Unternehmen bietet auch behinderten Menschen ein Produkt an, mit dem sie den Mauszeiger mit ihren Gedanken bewegen können. All diese Funktionen haben das Potenzial, das Leben von Millionen Menschen zu verbessern.

Die Vermögenswerte von Blackrock Neurotech steigen. Das Unternehmen sicherte sich bei seiner Markteinführung hohe Mittel aus USDT (TETHER) und nutzte diese, um sein Produktangebot und seine Forschung zu erweitern. Das neueste Produkt des Unternehmens heißt Neurolace. Dabei handelt es sich um ein hochsensibles Implantat mit über 10 Kanälen, das eine höhere Präzision als bisherige Produkte bietet.

2. Trimble

(TRMB )

Trimble betrachtet BCI-Technologie als eine wesentliche Ergänzung des Bauprozesses. Das Unternehmen ist auf Produkte spezialisiert, die die Architektur-, Ingenieur- und Baubranche voranbringen sollen. Das Unternehmen führte intelligente Datenlösungen ein und ist kürzlich eine Partnerschaft mit Neurable eingegangen, um neue Tools einzuführen, die Leistung und Produktivität steigern.

Der Einsatz tragbarer BCI-Geräte in dieser Branche wird dazu beitragen, die Erstellung und Zusammenarbeit bei Großprojekten zu optimieren. Bauherren können dadurch komplexe Theorien und Konzepte besser kommunizieren. Die Integration von AR- und VR-Lösungen ist nur einer von vielen Aspekten des technischen Wandels. KI-gestützte Ingenieure werden künftig BCI-Systeme nutzen, um neue Designs zu entwickeln, die dann in Simulationen getestet und freigegeben und umgesetzt werden.

Trimble ist ein US-amerikanischer Software- und Hardwareanbieter mit einem hervorragenden Ruf für Qualität. Seine Erfolgsbilanz und sein Angebot machen ihn zu einer attraktiven Ergänzung für jedes Portfolio. Darüber hinaus hat die Zusammenarbeit mit BCI-Technologie das Potenzial, die Branche zu revolutionieren.

Andere bemerkenswerte BCI-Fortschritte

Es gibt noch viele weitere erwähnenswerte Fortschritte und Projekte im Bereich BCI. Diese technologischen Durchbrüche treiben Innovation und Akzeptanz weiter voran. Hier sind einige der bemerkenswertesten Fortschritte im Bereich BCI, die in letzter Zeit erzielt wurden.

Chinesisches Militär

Das chinesische Militär hat viele beunruhigt, nachdem es eine neue BCI-Schnittstelle vorgestellt hatte. Die Schnittstelle war mit einem Affen verbunden, der das Gerät nutzte, um einen mechanischen Arm in Echtzeit erfolgreich zu steuern. Insbesondere die chinesische Regierung ist ein großer Befürworter der BCI-Technologie. In der Vergangenheit haben sie die Technologie als großartige Möglichkeit angepriesen, Gedächtnis, Schlaf, Aufmerksamkeit und andere Gehirnfunktionen zu verbessern. Jetzt wird diese Technologie dazu beitragen, ihre Kriegskämpfer auf Trab zu halten.

Amerikanisches Militär

Um nicht übertroffen zu werden, war das US-Militär an einigen seiner eigenen BCI-Experimente beteiligt. In einer Studie steuerten Soldaten Roboterhunde mit ihren Gedanken. Die Forscher ließen einen Soldaten einen mechanischen Hund durch verschiedene Wegpunkte auf einer Karte lenken. Der Soldat verwendete die Microsoft HoloLens-Plattform.

Dies ist keineswegs das erste Mal, dass das US-Militär die Möglichkeiten von BCIs erkundet. 2015 ermöglichten Forscher einer behinderten Frau, mithilfe von Gehirnsignalen eine simulierte F-35 zu steuern. Folglich könnte Krieg in Zukunft mentaler werden als gedacht.

Zukunft der Gehirn-Computer-Schnittstellen

Da Forscher immer empfindlichere und effektivere Geräte und Wearables zur Messung von Gehirnströmen entwickeln, werden sich die Fähigkeiten von BCIs verbessern. Zukünftig wird die Signalverarbeitung verbessert und fortschrittliche KI-Modelle werden komplexe Gehirnaktivitäten problemlos kodieren können. Die Zeit ist also nicht mehr fern, in der man sich einfach eine Pizza wünscht und im Handumdrehen eine Drohne eine warme Pizza vor die Haustür stellt.

Gehirn-Computer-Schnittstellen könnten die Welt verändern

Angesichts des unendlichen Potenzials von BCIs ist es leicht, sich eine Zukunft vorzustellen, in der jeder über nahezu übermenschliche Kräfte verfügt. Stellen Sie sich vor, Sie könnten Ihren Verstand nutzen, um zu kommunizieren, Ideen zu entwickeln und auszutauschen. All diese Aufgaben und vieles mehr stehen dank der kontinuierlichen Bemühungen genialer Ingenieure wie denen der Carnegie Mellon University unmittelbar bevor.

Erfahren Sie mehr über spannende Blockchain-Projekte werden auf dieser Seite erläutert.