בזכות פרויקטים בעלי פרופיל גבוה כמו Neuralink של אילון מאסק, ממשקי מוח-מחשב (BCI) משכו תשומת לב עולמית בשנים האחרונות. עם זאת, אולי תופתעו לגלות שטכנולוגיית ה-BCI קיימת כבר למעלה מארבעה עשורים ושאינכם זקוקים לניתוח כדי ליצור פרויקטים משלכם "הנשלטים באמצעות המחשבה".

חברת Emotiv הציגה לראשונה בשנת 2011 את אוזניות ה-EEG האלחוטיות הראשונות שלה כהתקן גיימינג BCI מהפכני. מאז, הטכנולוגיה התקדמה באופן משמעותי לצד אלגוריתמים של למידת מכונה וחיישני גלי מוח משופרים. כיום, חובבי BCI עדיין פונים אל Emotiv עבור צרכי פרויקטים של ממשק מוח-מחשב.

בין אם אתם מתחילים ובין אם אתם אנשי מקצוע מנוסים, עולם ה-BCI מציע הזדמנויות מרגשות לחדשנות וגילוי. להלן מדריך למכשירי ממשק מוח-מחשב שיעזור לכם להבין ולגשת לעולם המרתק הזה.

הבנת טכנולוגיית ממשק מוח-מחשב

טכנולוגיית ממשק מוח-מחשב (BCI) מאפשרת תקשורת ישירה בין המוח למכשירים חיצוניים. מבחינה טכנית, כל מכשיר שקורא אותות מוחיים הוא BCI. לאחרונה, המונח משמש בעיקר לתיאור ממשקי BCI המאפשרים לכם לשלוט במכשירים "באמצעות המחשבה". אותה טכנולוגיה שעוזרת להבין את תפקוד המוח יכולה לתרגם אותות מוחיים לפקודות למשימות שונות, כולל שליטה בסמן המחשב, הנעת איברים תותבים ויצירת חוויות גיימינג אינטראקטיביות. טכנולוגיית ה-BCI מציעה תקווה חדשה למי שאינם יכולים להשתמש בגפיהם, בנוסף למחדשים וחובבים בריאים בכל מקום.

מכיוון ש-"BCI" הפך למילת באזז ברוח הזמן, חשוב להבחין בין סוגי מכשירי ממשק מוח-מחשב כדי למנוע בלבול וכדי שצרכנים ומוסדות יוכלו לבחור את מכשיר ה-BCI המתאים עבורם.

מכשירי BCI: ניתוח לעומת אוזניות

כיום קיימים שני סוגים נפרדים של מכשירים לממשק מוח-מחשב; אלו המושתלים בתוך המוח ואלו הקוראים אותות מוחיים מהקרקפת (איור 1). להלן ההבדלים.

איור 1. סיווג טכנולוגיות לרכישת אותות BCI. (א) הוא דיאגרמת הסיווג של ממד הניתוח, הכוללת שלוש רמות: לא פולשני, פולשני מינימלי ופולשני. (ב) מציגה את דיאגרמת הסיווג של ממד הגילוי, הכוללת שלוש רמות: ללא השתלה, התערבותי והשתלה. [1]

תוך-גולגולתי (פולשני)

אלקטרואנצפלוגרפיה תוך-גולגולתית (iEEG) משתילה אלקטרודות ישירות בתוך ראשו של האדם. הדבר מאפשר לרופאים לקבל אות אלקטרוני ברור לצורך מחקר, גילוי וטיפול. שתלי מוח יכולים לקרוא נתונים, לגרות את המוח, או גם וגם. השימושים כוללים, בין היתר, הערכת התקפים אפילפטיים [2], טיפול במחלות נפש [3], מעקף של שיתוק, מאפשרים הפיכת מחשבה לטקסט או מחשבה לדיבור (איור 2) ואפילו שיקום ראייה [4][5].

מנהל המזון והתרופות האמריקאי (FDA) מגדיר מכשירי BCI מושתלים כ-"תותבים עצביים המתממשקים עם מערכת העצבים המרכזית או ההיקפית כדי לשחזר יכולות מוטוריות ו/או תחושתיות שאבדו אצל מטופלים עם שיתוק או קטיעה" [6].

איור 2. קייסי הארל, הסובל מ-ALS, מדבר שוב בעזרת שתל BCI באמצעות הניסוי הקליני BrainGate. (קרדיט: UC Regents)

תוך-גולגולתי (פולשני מינימלית)

חוקרים התנסו בשיטות פחות פולשניות לקריאת מידע ישיר מהמוח. שיטה אחת היא אנדווסקולרית (איור 3), השולחת אלקטרודות למוח באמצעות סטנט דרך כלי הדם [7][8].

שיטה נוספת נקראת אלקטרוקורטיקוגרפיה (ECoG), הדורשת מיקום כירורגי של אלקטרודות מתחת לגולגולת, מתחת לקרום הדורה (ECoG סובדורלי) או מחוץ לקרום הדורה (ECoG אפידורלי). ההליך הוא פולשני אך פחות משתלי BCI מסורתיים [9].

איור 3. A, תרשים של ממשק מוח-מחשב (BCI) מושתל במלואו. מכשיר עם אלקטרודות מושתל בכלי הדם של הסינוס הסגיטלי העליון (בתמונה המוגדלת) ומחובר ליחידת מקלט-משדר מושתלת (IRTU) בכיס התת-עורי. IRTU מתקשר עם יחידת טלמטריית מקלט חיצונית (ERTU), המעבירה אותות ליחידת בקרת אותות לשליטה במחשב נייד או בטאבלט. B, BCI עם עוקב עיניים לשליטה במחשב. מעקב עיניים משמש להזזת הסמן, ו-BCI משמש ללחיצה. C, BCI ללא מעקב עיניים לשליטה במחשב. סורק פריטים מדגיש פריטים ברצף, וה-BCI משמש ללחיצה על פריט כאשר הוא מודגש [7].

BCI לא פולשני (אוזניות EEG)

איור 4. ג'ון משתתף ב-BCI4Kids, תוכנית המסייעת לילדים עם מוגבלויות לתקשר עם סביבתם באמצעות ממשקי מוח-מחשב. אתם יכולים לראות את יצירות האמנות המופעלות על ידי המוח של ג'ון כאן.

מכשירי BCI לא פולשניים משתמשים באלקטרודות כדי לקרוא אותות חשמליים דרך הקרקפת של האדם. תהליך זה הוגבל בעבר לסביבת מעבדה, אך הופעתם של מכשירי EEG אלחוטיים ברמה מחקרית אפשרה קריאה מדויקת של גלי מוח בכל מקום (איור 4).

כיום ישנם עשרות אוזניות BCI לא פולשניות בשוק - רבות מהן מתוכננות למטרה אחת מסוימת, כגון ניטור שינה או מיקוד. המחירים עשויים להשתנות מכמה מאות דולרים למאות אלפים. Emotiv מציעה את מגוון מכשירי ה-BCI האלחוטיים הרב-תכליתי והמשתלם ביותר, החל משני חיישנים ועד 32, המשמשים מדעני מוח, סטודנטים, אנשי חינוך, מחדשים, גיימרים, חובבים ואמנים ברחבי העולם.

על פי ביקורת משנת 2022 של מאמרים שעברו ביקורת עמיתים [10], Emotiv הוא מכשיר ה-EEG הצרכני הנפוץ ביותר (67.69%) למחקר מדעי. חוקרים סומכים על Emotiv בשל הביצועים המתוקפים מדעית שלו, סבירות המחיר שלו בהשוואה לציוד מעבדת EEG מסורתי, והרב-גוניות שלו. את אותן אוזניות Emotiv המשמשות במעבדה אוניברסיטאית לביצוע מחקר פורץ דרך על המוח האנושי ניתן לשתף עם המחלקה למוזיקה לצורך הופעת BCI, לאחר מכן להעביר למחלקה לפסיכולוגיה ללמידה מעשית, ולשתף עם מועדון BCI של סטודנטים כדי להריץ רחפנים המופעלים על ידי המוח.

מכשירי Emotiv BCI

ב-Emotiv, יש לנו מכשירי BCI אלחוטיים למתחילים ולמשתמשים מנוסים כאחד.

למעלה: כיסא גלגלים נשלט באמצעות Emotiv Flex כמכשיר BCI‏ [11].

למעלה: סטודנט משתמש ב-Epoc X ובלוח Arduino כדי לשלוט בזרוע רובוטית. (מקור: Matt Su)

למעלה: סטודנט באוניברסיטת פלורידה מרכיב מכשיר Emotiv Insight BCI כדי לשלוט ברחפן. (מקור)

איור 5. גיימרית הטוויץ' Perrikaryal משתמשת בהצלחה במכשיר לביש מוחי בעל 2 ערוצים מסוג Emotiv MN8 כדי לשלוט במשחק Halo באמצעות BCI.

תחילת העבודה עם פרויקט ה-BCI שלכם

כיצד משתמשים ב-BCI?

אתם זקוקים לחמישה אלמנטים בסיסיים כדי להתחיל את פרויקט ה-BCI שלכם.

1. מטרה ברורה

2. מכשיר לרכישת אותות, כגון אוזניות EEG של Emotiv

3. תוכנת עיבוד אותות, כגון EmotivBCI.

4. פקודות BCI מוגדרות (נדרש ניסיון מסוים בתכנות)

5. גישה למכשיר שבו ברצונכם לשלוט באמצעות SDK, לוח Arduino וכו'.

6. מכשיר לקבלת פקודות BCI

בחירת מכשירי BCI הנכונים

בחירת מכשיר ה-BCI המתאים היא חיונית להצלחת הפרויקט שלכם. להלן כמה שיקולים עיקריים:

קלות שימוש: חפשו מכשיר ידידותי למשתמש וקל להגדרה, במיוחד אם אתם מתחילים. מכשירי Emotiv BCI מוגדרים תוך דקות עם חיישנים יבשים, חצי יבשים וחיישני מלח (סיליין).

1. פונקציונליות: ודאו שהמכשיר מציע את התכונות והיכולות הדרושות לפרויקט הספציפי שלכם. אוזניות Emotiv חשות את המוח כולו אך ככלל אצבע, BCI עובד טוב יותר עם יותר חיישנים. לפי היגיון זה, Emotiv Flex משתמש בעד 32 חיישנים לחישת מוח מקסימלית, אך המשתמשים שלנו נוטים למצוא את Epoc X או Insight כמתאימים לחלוטין לפרויקטים ולמחקר ה-BCI שלהם. מכשירים לבישים מוחיים מסוג MN8, בינתיים, מושלמים עבור פיתוח אפליקציות מובייל של BCI.

2. מיקום החיישנים: בעת בחירת אוזניות EEG, שקלו היכן ממוקמים החיישנים וכיצד הדבר משפיע על הצרכים שלכם. לדוגמה, לחלק ממכשירי ה-BCI בשוק יש חיישן אחד בלבד או מספר חיישנים הממוקמים רק בחלק האחורי של הראש.

3. חיישנים רטובים לעומת יבשים: שקלו נוחות ואיכות אות בעת בחירת מכשיר BCI, במיוחד אם אתם מתכוונים להרכיב אותו לפרקי זמן ארוכים. תמיסת מלח נוחה יותר מג'ל, חיישנים חצי יבשים קלים יותר לשימוש מתמיסת מלח, וחיישנים יבשים הם הנוחים ביותר לשימוש. השוו בין איכות האות של מכשירי Emotiv.

4. תאימות: בחרו מכשיר המשתלב היטב עם כלי התוכנה והחומרה הקיימים שלכם. אם ברצונכם לשלב BCI במערכת קיימת (רחפנים, ספוטיפיי, האינטרנט של הדברים וכו'), ודאו שיש לכם גישת SDK, API.

5. תמיכה: בחרו מכשיר מחברה המציעה תמיכה חזקה ויש לה קהילת משתמשים פעילה. Emotiv מציעה מאגר ידע נרחב ותמיכת לקוחות.

6. נתונים ופרטיות: הפרטיות העצבית שלכם חשובה. זו הסיבה שמהיום הראשון, Emotiv תכננה את איסוף נתוני ה-EEG שלה מתוך מחשבה על פרטיות. ראו כיצד Emotiv מגנה על נתוני המוח שלכם.

סיכום

התחלת פרויקט BCI היא מסע מרגש המציע פוטנציאל עצום לחדשנות והשפעה. בין אם אתם מתחילים ובין אם אתם אנשי מקצוע מנוסים, Emotiv מספקת את הכלים והתמיכה הדרושים לכם כדי להצליח. עם מכשיר ה-BCI הנכון וחזון ברור, תוכלו לפתוח אפשרויות חדשות.

גלו את מכשירי ה-BCI והמשאבים של Emotiv היום כדי להתחיל לעבוד על פרויקט ה-BCI שלכם. הצטרפו לקהילת המחדשים והחוקרים שמעצבים את עתיד האינטראקציה האנושית-טכנולוגית בעזרת טכנולוגיית BCI.

הצטרפו לקהילת המפתחים שלנו

שתפו אותנו בפרויקטי ה-BCI שלכם! תייגו #Emotiv במדיה החברתית או שלחו דוא"ל לכתובת hello@emotiv.com.

זקוקים לעזרה נוספת? צרו קשר

מקורות

1. Y. Sun et al., “Signal acquisition of brain-computer interfaces: A medical-engineering crossover perspective review,” Fundamental Research, Apr. 2024, doi: 10.1016/j.fmre.2024.04.011. זמין ב-: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325824001559

2. P. S. Reif, A. Strzelczyk, and F. Rosenow, “The history of invasive EEG evaluation in epilepsy patients,” Seizure, vol. 41, pp. 191–195, Apr. 2016, doi: 10.1016/j.seizure.2016.04.006.

3. Center for Devices and Radiological Health, “Implanted Brain-Computer Interface (BCI) Devices for Patients with Paralysis or Emputation - Non-clinical Testing and Clinical Considerations,” U.S. Food And Drug Administration, May 20, 2021. https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/implanted-brain-computer-interface-bci-devices-patients-paralysis-or-amputation-non-clinical-testing

4. Y.-H. Nho et al., “Responsive deep brain stimulation guided by ventral striatal electrophysiology of obsession durably ameliorates compulsion,” Neuron, vol. 112, no. 1, pp. 73-83.e4, Jan. 2024, doi: 10.1016/j.neuron.2023.09.034.

5. “Neuralink on X: ‘We have received Breakthrough Device Designation from the FDA for Blindsight.  Join us in our quest to bring back sight to those who have lost it. Apply to our Patient Registry and openings on our career page https://t.co/abBMTdv7Rh’ / X,” X (לשעבר Twitter). https://x.com/neuralink/status/1836118060308271306?ref_src=twsrc%5Egoogle%7Ctwcamp%5Eserp%7Ctwgr%5Etweet

6. M. Ptito, M. Bleau, I. Djerourou, S. Paré, F. C. Schneider, and D.-R. Chebat, “Brain-Machine interfaces to assist the blind,” Frontiers in Human Neuroscience, vol. 15, Feb. 2021, doi: 10.3389/fnhum.2021.638887.

7. P. Mitchell et al., “Assessment of safety of a fully implanted endovascular Brain-Computer interface for severe paralysis in 4 patients,” JAMA Neurology, vol. 80, no. 3, p. 270, Mar. 2023, doi: 10.1001/jamaneurol.2022.4847.

8. Q. He et al., “The brain nebula: minimally invasive brain–computer interface by endovascular neural recording and stimulation,” Journal of NeuroInterventional Surgery, p. jnis-021296, Feb. 2024, doi: 10.1136/jnis-2023-021296.

9. R. P. N. Rao, “Semi-Invasive BCIs,” in Cambridge University Press eBooks, 2013, pp. 149–176. doi: 10.1017/cbo9781139032803.012.

10. J. Sabio, N. S. Williams, G. M. McArthur, and N. A. Badcock, “A scoping review on the use of consumer-grade EEG devices for research,” bioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory), Dec. 2022, doi: 10.1101/2022.12.04.519056.

11. D. Pawuś and S. Paszkiel, “BCI wheelchair control using expert system classifying EEG signals based on power spectrum estimation and nervous tics detection,” Applied Sciences, vol. 12, no. 20, p. 10385, Oct. 2022, doi: 10.3390/app122010385.