ब्रेन-कंप्यूटर इंटरफेस डिवाइसों के लिए एक गाइड

एलन मस्क के न्यूरालिंक जैसे उच्च-प्रोफ़ाइल परियोजनाओं के कारण, मस्तिष्क-컴्‍प्‍यूटर इंटरफेस (BCI) ने हाल के वर्षों में वैश्विक ध्यान आकर्षित किया है। हालांकि, आपको जानकर आश्चर्य हो सकता है कि BCI प्रौद्योगिकी चार दशकों से अधिक पुरानी है और आपको अपने "मानसिक-नियंत्रित" परियोजनाओं को बनाने के लिए सर्जरी की आवश्यकता नहीं है।

EMOTIV ने 2011 में डेब्यू करते हुए अपने पहले वायरलेस EEG हेडसेट को एक क्रांतिकारी BCI गेमिंग उपकरण के रूप में प्रस्तुत किया। तब से, प्रौद्योगिकी मशीन लर्निंग एल्गोरिदम और बेहतर मस्तिष्क तरंग सेंसर के साथ काफी उन्नत हुई है। आज, BCI उत्साही लोग अभी भी अपने मस्तिष्क-컴्‍प्‍यूटर इंटरफेस परियोजना की आवश्यकताओं के लिए EMOTIV को देखते हैं।

चाहे आप एक शुरुआती हों या एक अनुभवी पेशेवर, BCI की दुनिया नवोन्मेष और खोज के लिए रोमांचक अवसरों की पेशकश करती है। यहाँ आपको इस आकर्षक दुनिया को समझने और पहुंचने में मदद करने के लिए मस्तिष्क-컴्‍प्‍यूटर इंटरफेस उपकरणों का एक गाइड है।

मस्तिष्क-컴्‍प्‍यूटर इंटरफेस प्रौद्योगिकी को समझना

मस्तिष्क-컴्‍प्‍यूटर इंटरफेस (BCI) प्रौद्योगिकी मस्तिष्क और बाहरी उपकरणों के बीच सीधे संचार की अनुमति देती है। तकनीकी रूप से, कोई भी उपकरण जो मस्तिष्क संकेतों को पढ़ता है, वह BCI है। हाल के समय में, इस शब्द का उपयोग मुख्य रूप से उन BCIs का वर्णन करने के लिए किया गया है जो आपको उपकरणों को "मानसिक रूप से नियंत्रित करने" की अनुमति देते हैं। वही प्रौद्योगिकी जो मस्तिष्क के कार्यों को समझने में मदद करती है, मस्तिष्क संकेतों को विभिन्न कार्यों के लिए कमांड में अनुवाद कर सकती है, जिनमें कंप्यूटर कर्सर को नियंत्रित करना, कृत्रिम अंगों को चलाना और इंटरैक्टिव गेमिंग अनुभव बनाना शामिल है। BCI प्रौद्योगिकी उन लोगों के लिए नई आशा पेश कर रही है जो अपने अंगों का उपयोग नहीं कर सकते, इसके अलावा सक्षम-शारीरिक नवोन्मेषक और शौकिया लोगों के लिए हर जगह।

चूंकि "BCI" zeitgeist में एक बज़वर्ड बन गया है, इसलिए यह महत्वपूर्ण है कि मस्तिष्क कंप्यूटर इंटरफेस उपकरणों के प्रकारों के बीच भेद करना है ताकि भ्रम को कम किया जा सके और उपभोक्ता और संस्थाएं अपने लिए सही BCI उपकरण चुन सकें।

BCI उपकरण: सर्जरी बनाम हेडसेट

वर्तमान में, मस्तिष्क-컴्‍प्‍यूटर इंटरफेस उपकरणों के दो प्रमुख प्रकार हैं; जो मस्तिष्क में इम्प्लांट किए जाते हैं और जो खोपड़ी से मस्तिष्क संकेतों को पढ़ते हैं (चित्र 1)। यहाँ उनके बीच के अंतर हैं।

चित्र 1. BCI सिग्नल अधिग्रहण प्रौद्योगिकियों का वर्गीकरण। (क) सर्जरी के आयाम का वर्गीकरण आरेख है, जिसमें तीन स्तर शामिल हैं: गैर-आक्रामक, न्यूनतम-आक्रामक, और आक्रामक। (ख) पहचान आयाम का वर्गीकरण आरेख है, जिसमें तीन स्तर शामिल हैं: गैर-प्रत्यारोपण, हस्तक्षेप, और प्रत्यारोपण। [1]

इंट्राक्रेनियल (आक्रामक)

इंट्राक्रेनियल इलेक्ट्रोएन्सेफालोग्राफी (iEEG) सीधे एक व्यक्ति के सिर के अंदर इलेक्ट्रोड इम्प्लांट करता है। इससे डॉक्टरों को अनुसंधान, पहचान, और उपचार के लिए एक स्पष्ट इलेक्ट्रॉनिक सिग्नल प्राप्त करने की अनुमति मिलती है। मस्तिष्क इम्प्लांट या तो डेटा पढ़ सकते हैं, मस्तिष्क को उत्तेजित कर सकते हैं, या दोनों हो सकते हैं। उपयोगों में सीमित नहीं, मिर्गी के दौरे का मूल्यांकन [2], मानसिक बीमारियों का उपचार [3], लकवा को बायपास करना, विचार-से-टेक्स्ट या विचार-से-बोलने को सक्षम करना (चित्र 2) और यहां तक कि दृष्टि की बहाली [4][5] शामिल हैं। 

यू.एस. फूड एंड ड्रग एडमिनिस्ट्रेशन इम्प्लांट किए गए BCI उपकरणों को "न्यूरोप्रोस्थेसिस" के रूप में परिभाषित करता है जो केंद्रीय या परिधीय तंत्रिका तंत्र के साथ इंटरफेस करता है ताकि लकवा या अंग विच्छेदन के रोगियों में खोई हुई मोटर और/या संवेदना क्षमताओं को बहाल किया जा सके" [6]।

चित्र 2. केसि हरेल्ल, जो एएलएस से ग्रसित हैं, फिर से बोलते हैं BCI इम्प्लांट की मदद से ब्रेनगेट क्लीनिकल ट्रायल के माध्यम से। (क्रेडिट: यूसी रेजेंट्स)

इंट्राक्रेनियल (न्यूनतम-आक्रामक)

शोधकर्ताओं ने मस्तिष्क से प्रत्यक्ष जानकारी पढ़ने के लिए कम आक्रामक तरीकों का परीक्षण किया है। एक विधि एंडोवास्कुलर (चित्र 3) है, जो रक्त वाहिकाओं के माध्यम से एक स्टेंट के माध्यम से मस्तिष्क में इलेक्ट्रोड भेजती है [7][8]।

एक अन्य विधि इलेक्ट्रोकॉर्टिकोग्राफिक (ECoG) कहलाती है, जिसमें खोपड़ी के नीचे इलेक्ट्रोड की शल्य चिकित्सा के स्थान की आवश्यकता होती है, या तो दुर मता के नीचे (सबड्यूरल ECoG) या दुर मता के बाहर (एपिड्यूरल ECoG)। यह प्रक्रिया आक्रामक है लेकिन पारंपरिक BCI इम्प्लांट्स की तुलना में कम है [9]।

चित्र 3. A, पूरी तरह से इम्प्लांट किया गया मस्तिष्क-컴्‍प्‍यूटर इंटरफेस (BCI)। एक उपकरण जिसमें इलेक्ट्रोड होते हैं, इसे सुपरियर सैगिटल साइनस रक्त वाहिका (इनसेट) में इम्प्लांट किया जाता है और एक इम्प्लांट करने योग्य रिसीवर ट्रांसमीटर यूनिट (IRTU) के उपचर्म पॉकेट में जोड़ा जाता है। IRTU एक बाहरी रिसीवर टेलीमेट्री यूनिट (ERTU) के साथ संवाद करता है, जो संकेतों को सिग्नल नियंत्रण यूनिट में भेजता है ताकि लैपटॉप या टैबलेट को नियंत्रित किया जा सके। B, BCI एक आई ट्रैकर के साथ कंप्यूटर नियंत्रण के लिए। आई ट्रैकिंग कर्सर को स्थानांतरित करने के लिए उपयोग की जाती है, और BCI क्लिक करने के लिए उपयोग की जाती है। C, बिना आई ट्रैकिंग के BCI कंप्यूटर नियंत्रण के लिए। एक आइटम स्कैनर अनुक्रम में आइटम को उजागर करता है, और जब आइटम उजागर होता है, तो BCI का उपयोग करके उस पर क्लिक किया जाता है [7].

गैर-आक्रामक BCI (EEG हेडसेट)

चित्र 4. जॉन BCI4Kids में भाग लेते हैं, एक ऐसा कार्यक्रम जो बच्चों को मस्तिष्क-컴्‍प्‍यूटर इंटरफेस का उपयोग करके उनके वातावरण के साथ बातचीत करने में मदद करता है। आप जॉन की मस्तिष्क-शक्ति से प्रेरित कला यहां देख सकते हैं यहाँ.

गैर-आक्रामक BCI उपकरण इलेक्ट्रोड का उपयोग करते हुए एक व्यक्ति की खोपड़ी के माध्यम से विद्युत संकेतों को पढ़ते हैं। यह प्रक्रिया पारंपरिक रूप से प्रयोगशाला सेटिंग तक सीमित रही है, लेकिन वायरलेस, अनुसंधान-ग्रेड EEG उपकरणों के आगमन ने कहीं भी सटीक मस्तिष्क तरंग रीडिंग संभव की है (चित्र 4)।

वर्तमान में, बाजार में दर्जनों गैर-आक्रामक BCI हेडसेट हैं—जिनमें से कई एक विशेष उद्देश्य, जैसे कि नींद या ध्यान की निगरानी के लिए डिजाइन किए गए हैं। कीमतें कुछ सौ डॉलर से लेकर लाखों तक भिन्न हो सकती हैं। EMOTIV सबसे बहुपरकारी और सस्ती वायरलेस BCI उपकरणों की रेंज प्रदान करता है, जो दो सेंसर से लेकर 32 तक, जो न्यूरोसाइंटिस्ट, छात्र, शिक्षाविद, नवोन्मेषक, गेमर्स, शौकिया और कलाकारों द्वारा दुनिया भर में उपयोग किए जाते हैं। 

2022 के एक ऑडिट के अनुसार जो प्री-रिव्यूड लेखों का [10], EMOTIV वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला उपभोक्ता EEG उपकरण (67.69%) है। शोधकर्ता EMOTIV पर भरोसा करते हैं इसके वैज्ञानिक रूप से मान्य प्रदर्शन, पारंपरिक EEG प्रयोगशाला उपकरणों की तुलना में सस्ती दर, और बहुपरकारी प्रतिभा के लिए। वही EMOTIV हेडसेट जिसका उपयोग एक विश्वविद्यालय प्रयोगशाला में मानव मस्तिष्क पर क्रांतिकारी अनुसंधान करने के लिए किया गया था, इसे संगीत विभाग में BCI प्रदर्शन के लिए साझा किया जा सकता है, फिर इसे मनोविज्ञान विभाग में व्यावहारिक अध्ययन के लिए दिया जा सकता है, और इसे एक छात्र BCI क्लब के साथ मस्तिष्क-शक्ति से संचालित ड्रोन की दौड़ के लिए साझा किया जा सकता है। 

EMOTIV BCI उपकरण

EMOTIV में, हमारे पास शुरुआती और अनुभवी उपयोगकर्ताओं के लिए वायरलेस BCI उपकरण हैं।

ऊपर: एक व्हीलचेयर को EMOTIV FLEX का उपयोग करके एक BCI उपकरण के रूप में नियंत्रित किया गया [11].

ऊपर: एक छात्र EPOC X और Arduino बोर्ड का उपयोग करके एक रोबोटिक हाथ को नियंत्रित करता है। (स्रोत: मैट सु)

ऊपर: फ्लोरिडा विश्वविद्यालय का एक छात्र EMOTIV इन्साइट BCI उपकरण पहनता है ताकि एक ड्रोन को नियंत्रित किया जा सके। (स्रोत)

चित्र 5. ट्विच गेमर Perrikaryal सफलतापूर्वक EMOTIV MN8 ब्रेन वियरेबल का 2-चैनल उपयोग करते हुए BCI के साथ Halo के एक खेल को नियंत्रित करता है।

अपने BCI प्रोजेक्ट के साथ शुरुआत करना

BCI का उपयोग कैसे करें?

आपको अपने BCI प्रोजेक्ट के लिए पांच बुनियादी तत्वों की आवश्यकता है।

1. एक स्पष्ट लक्ष्य

2. संकेत अधिग्रहण उपकरण, जैसे कि EMOTIV से EEG हेडसेट

3. संकेत प्रसंस्करण सॉफ़्टवेयर, जैसे कि EmotivBCI।

4. BCI कमांड असाइन किए गए (कुछ कोडिंग अनुभव की आवश्यकता है)

5. जिस उपकरण को आप नियंत्रित करना चाहते हैं, उसके लिए एसडीके, अरुडिनो बोर्ड, आदि तक पहुँच।

6. BCI कमांड प्राप्त करने के लिए एक उपकरण

सही BCI उपकरणों को चुनना

सही BCI उपकरण का चयन आपके प्रोजेक्ट की सफलता के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। यहाँ कुछ प्रमुख विचार हैं:

उपयोग में आसानी: एक ऐसे उपकरण की तलाश करें जो उपयोगकर्ता के अनुकूल और सेट अप करने में आसान हो, खासकर यदि आप एक शुरुआत हैं। EMOTIV BCI उपकरण मिनटों में सूखी, सेमी-ड्राई, और नमकीन सेंसर के साथ सेट होते हैं।

1. कार्यात्मकता: सुनिश्चित करें कि उपकरण आपके विशिष्ट प्रोजेक्ट के लिए आवश्यक विशेषताएँ और क्षमताएँ प्रदान करता है। EMOTIV हेडसेट पूरी मस्तिष्क की संवेदी होती हैं लेकिन एक सामान्य नियम के रूप में, BCI अधिक सेंसर के साथ बेहतर काम करता है। उसी तर्क से, EMOTIV FLEX अधिकतम मस्तिष्क संवेदीकरण के लिए 32 सेंसर का उपयोग करता है, लेकिन हमारे उपयोगकर्ता आमतौर पर EPOC X या इन्साइट को अपने BCI प्रोजेक्ट और अनुसंधान के लिए पर्याप्त मानते हैं। MN8 ब्रेनवियर उपकरण,  इस बीच, BCI मोबाइल ऐप विकास के लिए आदर्श हैं।

2. सेंसर प्लेसमेंट: एक EEG हेडसेट चुनते समय, यह विचार करें कि सेंसर कहाँ स्थित हैं और यह आपकी आवश्यकताओं पर कैसे प्रभाव डालता है। उदाहरण के लिए, बाजार में कुछ BCI उपकरणों में केवल एक सेंसर होता है या केवल सिर के पीछे कई सेंसर होते हैं। 

3. गीले बनाम सूखे सेंसर: एक BCI उपकरण का चयन करते समय आराम और संकेत गुणवत्ता पर विचार करें, खासकर यदि आप इसे लंबे समय तक पहनने का इरादा रखते हैं। नमकीन जेल से अधिक आरामदायक होता है, सेमी-ड्राई सेंसर नमकीन की तुलना में आसान होते हैं, और सूखे सेंसर का उपयोग सबसे सुविधाजनक होता है। EMOTIV उपकरणों के सिग्नल गुणवत्ता की तुलना करें.

4. संगतता: एक ऐसा उपकरण चुनें जो आपके मौजूदा सॉफ़्टवेयर और हार्डवेयर उपकरणों के साथ अच्छी तरह से एकीकृत हो। यदि आप BCI को एक मौजूदा प्रणाली (ड्रोन, स्पॉटीफाई, इंटरनेट ऑफ थिंग्स, आदि) में एकीकृत करना चाहते हैं, तो सुनिश्चित करें कि आपके पास SDK, API पहुंच है।

5. समर्थन: एक ऐसे कंपनी से एक उपकरण चुनें जो मजबूत समर्थन प्रदान करती है और एक संलग्न उपयोगकर्ता समुदाय है। EMOTIV एक व्यापक ज्ञान आधार और ग्राहक समर्थन प्रदान करता है।

6. डेटा और गोपनीयता: आपकी न्यूरल गोपनीयता महत्वपूर्ण है। इसलिए प्रारंभ से ही, EMOTIV ने अपने EEG डेटा संग्रह को गोपनीयता को ध्यान में रखते हुए डिजाइन किया है। देखें कि EMOTIV आपके मस्तिष्क डेटा की सुरक्षा कैसे करता है.

निष्कर्ष

BCI प्रोजेक्ट शुरू करना एक रोमांचक यात्रा है जो नवोन्मेष और प्रभाव के लिए विशाल संभावनाएं प्रदान करता है। चाहे आप एक शुरुआती हों या एक अनुभवी पेशेवर, EMOTIV आपको सफलता के लिए आवश्यक उपकरण और समर्थन प्रदान करता है। सही BCI उपकरण और एक स्पष्ट दृष्टि के साथ, आप नए संभावनाओं को अनलॉक कर सकते हैं।

आज ही EMOTIV के BCI उपकरणों और संसाधनों की खोज करें ताकि आप अपने BCI प्रोजेक्ट पर काम शुरू कर सकें। ऐसे नवोन्मेषकों और शोधकर्ताओं के समुदाय में शामिल हों जो BCI प्रौद्योगिकी के साथ मानव-प्रौद्योगिकी इंटरैक्शन के भविष्य को आकार दे रहे हैं।

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संदर्भ

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. उपलब्ध: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325824001559

2. P. S. Reif, A. Strzelczyk, और 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 Amputation - 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 (Formerly 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, और 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, और 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 और S. Paszkiel, “BCI व्हीलचेयर नियंत्रण के लिए विशेषज्ञ प्रणाली की वर्गीकरण EEG संकेतों पर आधारित पावर स्पेक्ट्रम का अनुमान और तंत्रिका टिक्स का पता लगाना,” Applied Sciences, vol. 12, no. 20, p. 10385, Oct. 2022, doi: 10.3390/app122010385.