מדעי המוח בתפקיד הנהג

נכתב על ידי ד"ר ניקולס וויליאמס, מדען מחקר ב-EMOTIV.

לפני מספר חודשים חזרתי לארה"ב לאחר שמונה שנים אצל מעבר לים. חלק מהתחלה מחדש היה רכישת כל הדברים שצריך לחיים. בנוסף לספה, מיטה ושולחן אוכל, הייתי כמובן זקוק לרכב. בהתחשב בעובדה שאני מחשיב את עצמי כאדם בעל חכמת כלכלית, חיפשתי באופן בלעדי דגמים ישנים יותר וזולים, אך התייאשתי במהירות מהמחירים המנופחים והמלאי הדל. שוק הרכב המשומש של 2021 אילץ אותי למעשה לקנות חדש, מה שבסופו של דבר עשיתי. הדאגה שלי מהפרת עקרונות בסיסיים של מימון אישי הוחלפה במהירות בהתלהבות חסרת רסן מהנוחות והמאפיינים שהגיעו עם רכב השטח החדש של טויוטה.

נמשכתי במיוחד למאפייני הנהיגה האוטונומית שעד כה רק קראתי עליהם. ההיגוי המסייע והרדאר המתקדם עשו נהיגות ארוכות קלילות. רק נדרש ממני לשמור את עיני על הכביש ואת היד על ההגה והרכב שלי נסע בעצם בעצמו. שיקול לגבי מניעת התנגשות, ניטור נקודות עיוורות, מצלמות אחוריות עם מערכת התראה לוודא שלא אחזור למישהו מאחורי, והרכב החדש הזה היה אובייקטיבית בטוח יותר בהיקפים מדגמי רכב ישנים שנסעתי בהם בחלק העיקרי מהעשור האחרון.

כמובן, רכבים עדיין אינם נוהגים בעצמם. למרות שהם כוללים תכונות אוטונומיות ובטיחותיות נחמדות, רכבים עדיין דורשים השגחת נהג והתערבות בעת הצורך. אנחנו רחוקים מלהסיר את הרכיב האנושי מהנהיגה, וזה הרכיב שאחראי בעיקר לתאונות דרכים והרוגי דרכים. בני אדם מתבלבלים מאחורי ההגה. בין אם הם מחליטים להפעיל רכב לאחר שתייה, או שחושבים שמהירות זה כיף, או שהם צריכים לעשות עוד כמה קילומטרים לפני שהם עוצרים לנוח וכל זאת כאשר הם עייפים, בני אדם גורמים להרבה תאונות דרכים שניתן למנוע.

[block id="cta-shortcode-browse-eeg-headsets-v2"]

על פי מנהלת הבטיחות של התנועה הלאומית על הכבישים (NHTSA), היו 36,096 הרוגי תאונות תנועה ברכב ב-2019. עבור 2020, ההרוגים מוערכים ביותר מ-38,000 [1]. חלק נכבד מאלה הם תוצאה של נהיגה מסוכנת ולכן ניתנים למניעה. ה-NHTSA זיהתה שישה סוגים של נהיגה מסוכנת: נהיגה במהירות מופרזת, נהיגה בשכרות וסמים, אי שימוש (או שימוש לא נכון) בחגורות בטיחות, נהיגה בהיסח הדעת ונהיגה בעייפות. מכיוון ששני שלישים מההרוגים נובעים מנהיגה במהירות מופרזת ונהיגה בהשפעת אלכוהול, רבות מהקמפיינים למניעה מכוונות כראוי לכתובת אלה סיכונים. בכל אופן, נהיגה בהיסח הדעת ובעייפות גורמות למספר לא טריוויאלי של הרוגים עם 3,142 מקרי מוות הקשורים להפרעות ותשישות קשורות ו-697 מקרי מוות הקשורים לתשישות בשנת 2019 [2].

שימוש במדעי המוח להערכת קשב במעבדה

מדעי המוח במושב הנהג - שימוש במדעי המוח להערכת קשב במעבדה.

מדעני מוח משתמשים בשיטות שונות כדי למדוד תשומת לב במעבדה. אחת מהשיטות האלה מנצלת את העובדה שהמוח שלנו משחרר כמויות קטנות של חשמל כשהנוירונים שלו פועלים. באמצעות אלקטרואנצפלוגרמה (EEG), אנחנו יכולים למדוד את התנודות בחשמל הזה כדי להבין מתי והיכן המוח פעיל. המהירות או התדר שבהן מתרחשות התנודות האלו ידועות כאוסילציות, או גלים מוחיים. תדר הגלים המוחיים יכול לספק Insight על מצבים או תהליכים מנטליים.

לדוגמה, גלים מוחיים שמתהדרים 14 עד 30 פעמים בשנייה (או 14 - 30 הרץ) ידועים כגלי בטא ומשויכים לרמות גבוהות של מעורבות מנטלית. אוסילציות בטווח של 8 - 13 הרץ ידועות כגלי אלפא ונמצאים בדרך כלל בתקופות של הרפיה או תשומת לב פסיבית. לדוגמה, תראה לעתים קרובות גלי אלפא כאשר אדם מתרגל מדיטציה. גלי תטא הם אוסילציות בין 4 ל-7 הרץ ונראו כאשר אדם נמצא במצב עמוק של הרפיה או תשישות. הגלים האיטיים ביותר הם גלי דלתא (1 - 4 הרץ) ונצפים כאשר אדם ישן עמוקות.

עיין בפוסט קשור המדריך למתחילים ל-EEG

במעבדה, מדענים יכולים למדוד את התזמון, עוצמה ותדירות של הגלים המוחיים כדי לקבוע כמה המוח של אדם מעורב או מנותק במהלך משימות. לדוגמה, כאשר אדם רואה או שומע משהו שלו ציפה, ה-EEG שלו מציג תגובה מסוימת הנקראת P300, שהיא גל בעל אמפליטודה גדולה המתרחשת כ-300 מילישניות לאחר הופעת האובייקט [3]. באופן דומה, ירידה באוסילציות אלפא יכולה להצביע על כך שמישהו שם לב למשהו באופן מיוחד [4]. גם מצב של תשישות מייצר חתימות EEG מסוימות באמצעות שינויים באוסילציות דלתא, תטא ואלפא [5].

כיצד ניתן למדוד קשב ברכב? 

ברכב ניתן למדוד קשב ותשישות באמצעות שיטות התנהגותיות. לדוגמה, מצלמות יכולות לעקוב אחר עיני הנהגים לוודא שהם מסתכלים על הכביש. באופן דומה, מצלמות יכולות לזהות כאשר ראשי הנהגים מתחילים לנטות, מה שמצביע על כך שהם עייפים. עם זאת, רק בגלל שאדם מסתכל על הכביש או שראשו לא מתנודד, זה לא אומר שהוא שם לב או שהוא לא עייף. EEG יכול לשפר את גילוי המדינות המסוכנות האלה. הם עשויים אפילו להיות מסוגלים לחזות אותן לפני שהן ניתנות לזיהוי התנהגותי. 

מדעי המוח במושב הנהג - EEG יכול לשפר את גילוי המדינות המסוכנות האלה. הם עשויים אפילו להיות מסוגלים לחזות אותן לפני שהן ניתנות לזיהוי התנהגותי.

ב-2020, חקרו חוקרים סקירה יסודית של מחקרים שהשתמשו בכוחות EEG זמינים למסחור ולזיהוי בזמן אמת של תשישות [6]. הם דיווחו שהאוזניות הנפוצות ביותר במחקרים מסוג אלה היו אלו שיוצרו על ידי EMOTIV, ואחריהן Neurosky, Interaxon ו-OpenBCI. עבור זיהוי תשישות, גילו שאפילו תכונות בסיסיות של EEG, כמו אוסילציות תדירות, יכולות לשמש לזיהוי תשישות. עם זאת, הם מציינים שבמקרים רבים, "אופטימיזציה אלגוריתמית נותרת הכרחית", כלומר,, מאלגוריתמים של למידת מכונה תוצגו זיהויים מדויקים יותר.

מראה מסחור של EEG ואלגוריתמים של למידת מכונה כדי לעזור לשמור עלינו בטוחים יותר

EMOTIV מנהיגה בתחום מסחור ה-EEG יותר מעשור. במהלך הזמן הזה הם פיתחו מערכות EEG בצורות שונות, מכובעים מסורתיים של מחקר עם 32 ערוצים ועד אוזניות תוך-אוזניים עם 2 ערוצים. מערכות עם פורמטים קומפקטיים, כמו האוזניות MN8 או Insight, מייצגות את הצעדים הראשונים כדי להביא טכנולוגיות נוירוניות ללבישה ביומיום. על ידי שילוב של סוגי חומרה אלה לפקדי רכב, ייתכן ונוכל למנוע תאונות אפילו לפני שהנמצבים הנפשיים שתורמים להן מתרחשים. 

מדעי המוח במושב הנהג - שימוש ב-EEG ואלגוריתמים של למידת מכונה כדי לעזור לשמור עלינו בטוחים יותר.

שילוב של חומרה EEG ברכבים הוא רק חלק מהפתרון. כדי לנצל את הנתונים המוחיים שנרכשו, אנו צריכים לעבד אותם למטא נתונים שימושיים. אלגוריתמים מתקדמים ללמידת מכונה עושים זאת על ידי פענוח של נתוני EEG לתכונות שיכולות להצביע על מצבים מנטליים ספציפיים. עד כה, EMOTIV פיתחה שבעה גלאים כאלה: תסכול, עניין, רגיעה, מעורבות, התרגשות, תשומת לב ולחץ. מהנדסי EMOTIV עבדו בצמוד עם מדעני מוח כדי לפתח את הגלאים האלה באמצעות מחקרים ניסויים מחמירים אשר משתמשים בפרוטוקולים הידועים לגרום למצבים אלה. בתחום הרכב, EMOTIV כרגע מעדנים זיהוי של הסחת דעת של נהגים שפותח בתוך סימולטור נהיגה. זה בעקבות תוצאות מבטיחות מ- שיתוף פעולה עם מועדון המכוניות המלכותי של מערב אוסטרליה, שהביא לייצור רכב המופעל על ידי תשומת לב שהאט כאשר תשומת הלב ירדה [7]. תוכל למצוא כמה סרטונים של השיתוף פעולה והתוצאות ביוטיוב.  

מדעי המוח ועתיד הנהיגה

מדעי המוח במושב הנהג - מדעי המוח ועתיד הנהיגה.

מהתערבויות מוקדמות כמו חגורות בטיחות ורצועות רועל ועד להתערבויות מודרניות כמו בלימת חירום אוטומטית והיגוי מסייע, הרכבים שלנו הפכו להיות בטוחים יותר. אולם מספר האנשים שמתים מתאונות בכל שנה מוכיח שלנו יש דרך ארוכה עד שנגיע לנקודה שבה רכבים ייחשבו כ"בטוחים". ככל שהטכנולוגיה מתקדמת, הרכבים שלנו בוודאי ימשיכו להיות בטוחים יותר, אך כל עוד בני אדם הם המפעילים העיקריים של רכבים, ימשיכו להיות תאונות שנגרמו על ידי בני אדם. טכנולוגיית EEG מציעה דרך מבטיחה במיוחד להפחתת הקשר האנושי על ידי זיהוי אינדיקטורים עדינים והתערבות לפני שתנאים שעלולים לגרום לתאונות אי פעם יתרחשו.

מקורות

[1] מרכז עיבוד נתונים לאומי, "אומדן מקודם של מקרי מוות מתנועה ברכב ב-2020." מנהלת הבטיחות של התנועה הלאומית על הכבישים, מאי 2021. נגש: ינואר 04, 2022. [באינטרנט]. זמין: https://crashstats.nhtsa.dot.gov/Api/Public/ViewPublication/813115

[2] מרכז עיבוד נתונים לאומי., "סקירה של תאונות תנועה ברכב ב-2019." מנהלת הבטיחות של התנועה הלאומית על הכבישים, 2020.

[3] S. J. Luck and E. S. Kappenman, The Oxford handbook of event-related potential components. הוצאת אוניברסיטת אוקספורד, 2011.

[4] G. Thut, "פעילות אלפא-פסגה באונה העוצמת של הקורטקס החזותי מציינת הטיית תשומת לב ולהדגיש גילוי מטרה חזותית," J. Neurosci., כרך 26, לא מס' 37, עמ' 9494–9502, ספטמבר 2006, doi: 10.1523/JNEUROSCI.0875-06.2006.

[5] C.-H. Chuang, C.-S. Huang, L.-W. Ko, and C.-T. Lin, "רשת אינטגרציה תפקודית-תודעתית מבוססת EEG ליישום בנהיגה תשישות," Knowl.-Based Syst., כרך 80, עמ' 143–152, מאי 2015, doi: 10.1016/j.knosys.2015.01.007.

[6] J. LaRocco, M. D. Le, and D.-G. Paeng, "סקירה מערכתית של אוזניות EEG בעלות נמוכה הזמינות לזיהוי תשישות," Front. Neuroinformatics, כרך 14, עמ' 42, 2020, doi: 10.3389/fninf.2020.553352.[7] "חוקרים מאוסטרליה חושפים רכב מונחה תשומת לב," 2013. https://phys.org/news/2013-09-australia-unveil-attention-powered-car.html (נסה לגשת: ינואר 12, 2022).