คู่มือเกี่ยวกับอุปกรณ์เชื่อมต่อระหว่างสมองกับคอมพิวเตอร์

ด้วยโครงการที่มีชื่อเสียงสูงเช่น Neuralink ของ Elon Musk, อินเทอร์เฟซสมองคอมพิวเตอร์ (BCI) ได้ได้รับความสนใจทั่วโลกในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา คุณอาจจะประหลาดใจเมื่อทราบว่าเทคโนโลยี BCI มีมานานกว่าสี่ทศวรรษแล้วและคุณไม่จำเป็นต้องผ่าตัดเพื่อสร้างโครงการที่ "ควบคุมด้วยจิตใจ" ของคุณเอง

EMOTIV เปิดตัวในปี 2011 โดยนำเสนอ หูฟัง EEG ไร้สายชิ้นแรก เป็นอุปกรณ์เล่นเกม BCI แบบปฏิวัติ ตั้งแต่นั้นมา เทคโนโลยีได้พัฒนาไปพร้อมกับอัลกอริทึมการเรียนรู้เครื่องจักรและเซนเซอร์คลื่นสมองที่ดีขึ้น วันนี้ ผู้สนใจ BCI ยังหันไปหา EMOTIV สำหรับความต้องการโครงการอินเทอร์เฟซสมองคอมพิวเตอร์ของพวกเขา

ไม่ว่าคุณจะเป็นผู้เริ่มต้นหรือมืออาชีพที่มีประสบการณ์ โลกของ BCI นำเสนอโอกาสที่น่าตื่นเต้นสำหรับนวัตกรรมและการค้นพบ นี่คือคู่มือสำหรับอุปกรณ์อินเทอร์เฟซสมองคอมพิวเตอร์ที่จะช่วยให้คุณเข้าใจและเข้าถึงโลกที่น่าหลงใหลนี้

ทำความเข้าใจเทคโนโลยีอินเทอร์เฟซสมองคอมพิวเตอร์

เทคโนโลยีอินเทอร์เฟซสมองคอมพิวเตอร์ (BCI) ช่วยให้เกิดการสื่อสารโดยตรงระหว่างสมองกับอุปกรณ์ภายนอก ในเชิงเทคนิค อุปกรณ์ที่อ่านสัญญาณสมองทั้งหมดเป็น BCI เมื่อเร็ว ๆ นี้คำนี้ถูกใช้คำหลักในการอธิบาย BCI ที่ให้คุณ "ควบคุมด้วยจิตใจ" อุปกรณ์ เทคโนโลยีเดียวกันที่ช่วยให้เข้าใจการทำงานของสมองสามารถแปลสัญญาณสมองให้เป็นคำสั่งสำหรับงานต่าง ๆ รวมถึงการควบคุมตัวชี้คอมพิวเตอร์, การเคลื่อนที่แขนหรือขาเทียม และการสร้างประสบการณ์เล่นเกมแบบโต้ตอบ เทคโนโลยี BCI กำลังเสนอความหวังใหม่ให้กับผู้ที่ไม่มีการใช้แขนขาของพวกเขา นอกเหนือจากนักนวัตกรรมและผู้สนใจทั่วไปทั่วโลก

เนื่องจาก "BCI" กลายเป็นคำโหลนในสำนึกสำคัญของสังคม, การแยะแตกต่างระหว่างประเภทอุปกรณ์อินเทอร์เฟซสมองคอมพิวเตอร์เป็นสิ่งสำคัญเพื่อบรรเทาความสับสน และเพื่อให้ผู้บริโภคและสถานประกอบการสามารถเลือกอุปกรณ์ BCI ที่เหมาะสมสำหรับพวกเขา

อุปกรณ์ BCI: ผ่าตัด vs. หูฟัง

ขณะนี้มีอุปกรณ์อินเทอร์เฟซสมองคอมพิวเตอร์แบบสองประเภทที่แตกต่างกัน; อุปกรณ์ที่ฝังในสมองและอุปกรณ์ที่อ่านสัญญาณสมองจากหนังศีรษะ (รูป 1). นี่คือความแตกต่าง

รูปที่ 1. การจัดประเภทของเทคโนโลยีการรับสัญญาณ BCI. (a) เป็นแผนภาพการจัดประเภทของมิติการผ่าตัด ซึ่งแบ่งออกเป็นสามระดับ: ไม่ผ่าตัด, ผ่าตัดเล็กน้อย, และผ่าตัดบุกลึก. (b) แสดงแผนภาพการจัดประเภทของมิติการตรวจจับ ซึ่งแบ่งออกเป็นสามระดับ: ไม่ฝัง, สอดแทรก, และการฝัง [1]

การฝังในสมอง (บุกลึก)

การบันทึกไฟฟ้าฝังในสมอง (iEEG) ฝังขั้วไฟฟ้าโดยตรงภายในศีรษะของบุคคล ซึ่งทำให้แพทย์สามารถได้รับสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ที่ชัดเจนสำหรับการวิจัย การตรวจจับ และการรักษา การฝังในสมองสามารถอ่านข้อมูลได้กระตุ้นสมองหรือทั้งสองอย่าง การใช้รวมถึงแต่ไม่จำกัดเฉพาะ การประเมินโรคลมบ้าหมู [2], รักษาโรคจิตเสื่อม [3], ข้ามผ่านภาวะอัมพาต, เลิกข้อความทางความคิดหรือพูดทางความคิด (รูป 2) และแม้แต่การฟื้นฟูการมองเห็น [4][5]. 

สำนักงานอาหารและยาแห่งสหรัฐอเมริกา ให้คำนิยามอุปกรณ์ BCI ที่ฝังเป็น "นิวโรโพรสเธซิสที่เชื่อมต่อกับระบบประสาทส่วนกลางหรือรอบเพื่อฟื้นฟูความสามารถในการเคลื่อนไหวหรือประสาทสัมผัสที่สูญหายในผู้ป่วยที่มีภาวะอัมพาตหรือการตัดเท้า การตัดขา" [6].

รูปที่ 2. Casey Harrell ผู้ที่ทุกข์จากโรค ALS, พูดใหม่ด้วยความช่วยเหลือจากการฝัง BCI ผ่านการทดลองทางคลินิก BrainGate. (เครดิต: UC Regents)

การฝังในสมอง (บุกลึกเล็กน้อย)

นักวิจัยได้ทดลองใช้วิธีที่แทรกแซกน้อยกว่าในการอ่านข้อมูลโดยตรงจากสมอง วิธีหนึ่งคือวิธีในสมองผ่านหลอดเลือด (รูปที่ 3), การส่งขั้วไฟฟ้าไปยังสมองผ่านสเตนต์ทางหลอดเลือด [7][8].

อีกวิธีหนึ่งเรียกว่า เอเล็กโตรคอร์โตกาไฟ (ECoG), ซึ่งต้องการการวางขั้วไฟฟ้าใต้กะโหลกไม่ว่าจะใต้เส้นประสาท dura (subdural ECoG) หรือภายนอกเส้น dura (epidural ECoG). การกระทำนี้บูกลึกแต่เมื่อเทียบกับการฝัง BCI ทั่วไป [9].

รูปที่ 3. A, แผนผังของอินเทอร์เฟซสมองคอมพิวเตอร์ที่ฝังเต็มที่. อุปกรณ์ที่มีขั้วไฟฟ้าฝังในเส้นเลือด sagittal superior (แทรก) และเชื่อมต่อกับหน่วยรับส่งต่อที่ฝังได้. IRTU สื่อสารกับหน่วยรับส่งต่อภายนอก (ERTU) ซึ่งส่งสัญญาณไปยังหน่วยควบคุมสัญญาณสำหรับการควบคุมคอมพิวเตอร์แล็ปท็อปหรือแท็บเล็ต. B, BCI พร้อมตารางตารับสำหรับการควบคุมคอมพิวเตอร์. การติดตามตาใช้เพื่อย้ายตัวชี้ และ BCI ใช้เพื่อคลิก. C, BCI ที่ไม่มีการติดตามตาสำหรับการควบคุมคอมพิวเตอร์. ตัวสแกนรายการเน้นรายการตามลำดับ และ BCI ใช้เพื่อคลิกรายการเมื่อเน้น [7].

BCI ที่ไม่บุกลึก (หูฟัง EEG)

รูปที่ 4. John เข้าร่วมใน BCI4Kids, โปรแกรมที่ช่วยเด็กที่มีข้อจำกัดทางการเคลื่อนไหวให้เข้าถึงสิ่งแวดล้อมของพวกเขาด้วยการใช้อินเทอร์เฟซสมองคอมพิวเตอร์. คุณสามารถดูงานศิลปะที่ควบคุมด้วยสมองของ John ได้ที่นี่.

อุปกรณ์ BCI ที่ไม่บุกลึกใช้ขั้วไฟฟ้าเพื่ออ่านสัญญาณไฟฟ้าผ่านหนังศีรษะของบุคคล กระบวนการนี้โดยทั่วไปถูกจำกัดให้อยู่ในห้องทดลอง แต่การมาถึงของอุปกรณ์ EEG ไร้สายที่มีคุณภาพงานวิจัยได้อนุญาตให้การอ่านคลื่นสมองที่แม่นยำเกิดขึ้นที่ไหนก็ได้ (รูปที่ 4).

ปัจจุบันมีหูฟัง BCI ที่ไม่บุกลึกในตลาดหลายสิบแบบ—หลายแบบออกแบบด้วยจุดประสงค์เดียว เช่น การเฝ้าติดตามการนอนหลับหรือการโฟกัส ราคาสามารถเปลี่ยนแปลงจากไม่กี่ร้อยดอลลาร์ไปจนถึงหลายหมื่นดอลลาร์ EMOTIV นำเสนออุปกรณ์ BCI ไร้สายที่หลากหลายและราคาถูกที่สุด ตั้งแต่เซนเซอร์สองตัวถึง 32 เซนเซอร์ ใช้โดยนักประสาทวิทยา, นักเรียน, ผู้สอน, นักนวัตกรรม, นักเล่นเกม, ผู้สนใจ และนักศิลปะทั่วโลก 

จากการตรวจสอบบทความที่ผ่านการอนุมัติในปี 2022 [10], EMOTIV เป็นอุปกรณ์ EEG ผู้บริโภคที่ใช้ที่สุด (67.69%) สำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ นักวิจัยไว้วางใจ EMOTIV ในด้านการแสดงที่ได้รับการรับรองทางวิทยาศาสตร์ ราคาที่เครื่องมือห้องแล็บ EEG ทั่วไปไม่สามารถเทียบได้ และความหลากหลาย หูฟัง EMOTIV เดียวกันที่ใช้ในห้องแลปมหาวิทยาลัยเพื่อทำการวิจัยกระบวนการเกี่ยวกับสมองที่บุกเบิกสามารถแบ่งปันกับแผนกดนตรีเพื่อแสดงประสิทธิภาพ BCI แล้วส่งต่อแผนกจิตวิทยาสำหรับ การเรียนรู้ที่เป็นมืออาชีพ, และแบ่งปันกับชมรม BCI ของนักเรียนเพื่อแข่งขันกับโดรนที่ควบคุมด้วยสมอง.  

อุปกรณ์ BCI ของ EMOTIV

ที่ EMOTIV, เรามีอุปกรณ์ BCI ไร้สายสำหรับทั้งผู้เริ่มต้นและผู้ใช้งานที่มีประสบการณ์

ข้างบน: รถเข็นถูกควบคุมด้วยอุปกรณ์ BCI ของ EMOTIV FLEX [11].

ข้างบน: นักเรียนใช้ EPOC X และแผง Arduino เพื่อควบคุมแขนหุ่นยนต์. (แหล่ง: Matt Su)

ข้างบน: นักเรียนที่มหาวิทยาลัยฟลอริดาใส่อุปกรณ์ BCI Insight ของ EMOTIV เพื่อควบคุมโดรน. (แหล่ง)

รูปที่ 5. Perrikaryal นักเล่นเกม Twitch ใช้ EMOTIV MN8 brain wearable ขนาด 2 ช่องได้สำเร็จเพื่อควบคุมเกม Halo ด้วย BCI.

เริ่มต้นโครงการ BCI ของคุณ

ฉันจะใช้ BCI ได้อย่างไร?

คุณต้องการห้าชิ้นส่วนพื้นฐานเพื่อเริ่มต้นโครงการ BCI ของคุณ

1. เป้าหมายที่ชัดเจน

2. อุปกรณ์รับสัญญาณ เช่น หูฟัง EEG จาก EMOTIV

3. ซอฟต์แวร์การประมวลผลสัญญาณ เช่น EmotivBCI.

4. คำสั่ง BCI ที่กำหนด (ต้องมีประสบการณ์การเขียนโค้ดบางอย่าง)

5. การเข้าถึงอุปกรณ์ที่คุณต้องการควบคุมผ่าน SDK, แผง Arduino เป็นต้น.

6. อุปกรณ์เพื่อรับคำสั่ง BCI

เลือกอุปกรณ์ BCI ที่เหมาะสม

การเลือกอุปกรณ์ BCI ที่เหมาะสมมีความสำคัญต่อความสำเร็จของโครงการของคุณ นี่คือการพิจารณาที่สำคัญบางประการ:

ความง่ายในการใช้: มองหาอุปกรณ์ที่ใช้งานง่ายและตั้งค่าได้ง่าย โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าคุณเป็นผู้เริ่มต้น อุปกรณ์ BCI ของ EMOTIV ตั้งค่าในไม่กี่นาทีด้วยเซนเซอร์แห้ง เซมิดราย และเซนเซอร์น้ำเกลือ

1. ฟังก์ชันการทำงาน: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าอุปกรณ์มีคุณสมบัติและความสามารถที่จำเป็นสำหรับโครงการเฉพาะของคุณ หูฟัง EMOTIV รับสัญญาณสมองทั้งหมดแต่ โดยทั่วไปแล้ว BCI ทำงานได้ดีกว่าถ้ามีเซนเซอร์มากขึ้น. ด้วยเหตุผลนั้น EMOTIV FLEX ใช้เซนเซอร์ได้มากถึง 32 ตัวเพื่อการรับสัญญาณสมองสูงสุด แต่ผู้ใช้ของเรามักจะพบว่า EPOC X หรือ Insight เพียงพอสำหรับโครงการและการวิจัย BCI ของพวกเขา MN8 อินเทอร์เฟซสมองอุปกรณ์สวมใส่, นอกจากนี้ ยังเหมาะสำหรับ การพัฒนาแอปพลิเคชันมือถือ BCI.

2. ตำแหน่งของเซนเซอร์:เมื่อเลือกหูฟัง EEG ให้พิจารณาว่าเซนเซอร์มีการวางที่ไหนและส่งผลต่อความต้องการของคุณอย่างไร ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์ BCI บางชิ้นในตลาดมีเพียงเซนเซอร์เดียวหรือเซนเซอร์หลายตัวเท่านั้นที่วางอยู่ที่ด้านหลังของศีรษะ 

3. เซนเซอร์เปียก vs. แห้ง: พิจารณาความสะดวกสบายและคุณภาพสัญญาณเมื่อเลือกอุปกรณ์ BCI โดยเฉพาะถ้าคุณตั้งใจจะใส่เป็นเวลานาน น้ำเกลือสะดวกกว่าของเจล เซมิดรายเซนเซอร์ใช้งานง่ายกว่าเซ็นเซอร์น้ำเกลือ และเซนเซอร์แห้งเป็นที่สะดวกที่สุดในการใช้. เปรียบเทียบคุณภาพสัญญาณของอุปกรณ์ EMOTIV.

4. ความเข้ากันได้: เลือกอุปกรณ์ที่ผนวกเข้ากับซอฟต์แวร์และเครื่องมือฮาร์ดแวร์ที่มีอยู่ของคุณได้ดี หากคุณต้องการผนวก BCI เข้ากับระบบที่มีอยู่แล้ว (โดรน, Spotify, อินเทอร์เน็ตของสิ่งต่าง ๆ เป็นต้น) ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณมี SDK, การเข้าถึง API.

5. การสนับสนุน: เลือกอุปกรณ์จากบริษัทที่มีการสนับสนุนที่แข็งแกร่งและมีชุมชนผู้ใช้ที่มีส่วนร่วม EMOTIV มีฐานความรู้ที่กว้างขวาง Knowledge Base และ การสนับสนุนลูกค้า.

6. ข้อมูลและความเป็นส่วนตัว: ความเป็นส่วนตัวของคุณเกี่ยวกับสมองมีความสำคัญ นั่นคือเหตุผลที่ตั้งแต่วันแรก EMOTIV ได้ออกแบบการเก็บข้อมูล EEG ด้วยความเป็นส่วนตัวในใจ. ดูว่า EMOTIV ปกป้องข้อมูลสมองของคุณอย่างไร.

สรุป

การเริ่มต้นโครงการ BCI เป็นการเดินทางที่น่าตื่นเต้นที่มีศักยภาพมหาศาลสำหรับนวัตกรรมและผลกระทบ ไม่ว่าคุณจะเป็นผู้เริ่มต้นหรือมืออาชีพที่มีประสบการณ์ EMOTIV มอบเครื่องมือและการสนับสนุนที่คุณต้องการเพื่อความสำเร็จ ด้วยอุปกรณ์ BCI ที่เหมาะสมและวิสัยทัศน์ที่ชัดเจน คุณสามารถปลดล็อกโอกาสใหม่ ๆ

ค้นพบอุปกรณ์ BCI และทรัพยากรของ EMOTIV วันนี้เพื่อเริ่มต้นทำงานในโครงการ BCI ของคุณ เข้าร่วมชุมชนของนักนวัตกรรมและนักวิจัยที่กำลังก่อร่างใหม่อนาคตของปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับเทคโนโลยีด้วยเทคโนโลยี BCI.

เข้าร่วมชุมชนนักพัฒนา

แชร์โครงการ BCI ของคุณกับเรา! แท็ก #EMOTIV บนโซเชียลมีเดียหรืออีเมล hello@emotiv.com.

ต้องการความช่วยเหลือเพิ่มเติม? ติดต่อเรา

อ้างอิง

1. Y. Sun et al., “การได้มาของสัญญาณของอินเทอร์เฟซสมองคอมพิวเตอร์: มุมมองการทบทวนที่ครอบคลุมด้านการแพทย์และวิศวกรรม,” การวิจัยพื้นฐาน, เม.ย. 2024, doi: 10.1016/j.fmre.2024.04.011. ที่พร้อม: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325824001559

2. P. S. Reif, A. Strzelczyk, และ F. Rosenow, “ประวัติการประเมิน EEG ในผู้ป่วยโรคลมบ้าหมู,” Seizure, vol. 41, pp. 191–195, เม.ย. 2016, doi: 10.1016/j.seizure.2016.04.006.

3. ศูนย์เพื่ออุปกรณ์และสุขภาพทางรังสี, “อินเทอร์เฟซสมองคอมพิวเตอร์ที่ฝังสำหรับผู้ป่วยที่มีภาวะอัมพาตหรือการตัดเท้า-การทดสอบที่ไม่ผ่านที่คลินิกและการพิจารณาทางคลินิก,” สำนักงานอาหารและยาแห่งสหรัฐอเมริกา, พ.ค. 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., “การกระตุ้นสมองลึกที่ตอบสนองโดยคำแนะนำของเวนทรัลสเตรติอัลอิเล็กทรอสฟิสิโอโลยีของความคลั่งขังกำบังอย่างถาวร,” Neuron, vol. 112, no. 1, pp. 73-83.e4, ม.ค. 2024, doi: 10.1016/j.neuron.2023.09.034.

5. “Neuralink บน X: ‘เราได้รับการออกแบบอุปกรณ์บุกเบิกจาก FDA สำหรับ Blindsight.  เข้าร่วมกับเราในการนำการมองเห็นกลับคืนมาให้แก่ผู้ที่ได้สูญเสียมัน. สมัครเข้ารับการทดสอบผู้ป่วยและการเปิดรับที่หน้าการงานของเรา https://t.co/abBMTdv7Rh’ / X,” X (เดิมคือ 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, และ D.-R. Chebat, “อินเทอร์เฟซสมองเครื่องจักรเพื่อช่วยเหลือต่อผู้พิการทางสายตา,” Frontiers in Human Neuroscience, vol. 15, ก.พ. 2021, doi: 10.3389/fnhum.2021.638887.

7. P. Mitchell et al., “การประเมินความปลอดภัยของอินเทอร์เฟซสมองคอมพิวเตอร์ที่สามารถฝังได้อย่างสมบูรณ์สำหรับภาวะอัมพาตรุนแรงในผู้ป่วยจำนวน 4 คน,” JAMA Neurology, vol. 80, no. 3, p. 270, ม. 2023, doi: 10.1001/jamaneurol.2022.4847.

8. Q. He et al., “เนบิวลาสมอง: อินเทอร์เฟซสมองคอมพิวเตอร์ที่บุกลึกเล็กน้อยโดยการบันทึกและกระตุ้นประสาททางหลอดเลือด,” Journal of NeuroInterventional Surgery, p. jnis-021296, ก.พ. 2024, doi: 10.1136/jnis-2023-021296.

9. R. P. N. Rao, “BCI ที่แทรกแซกเล็ก ๆ,” in หนังสืออิเล็กทรอนิกสมาร์ทของมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์, 2013, pp. 149–176. doi: 10.1017/cbo9781139032803.012.

10. J. Sabio, N. S. Williams, G. M. McArthur, และ N. A. Badcock, “การทบทวนการใช้อุปกรณ์ EEG ระดับผู้บริโภคสำหรับการวิจัย,” bioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory), ธ.ค. 2022, doi: 10.1101/2022.12.04.519056.

11. D. Pawuś และ S. Paszkiel, “การควบคุมรถเข็น BCI โดยใช้ระบบผู้เชี่ยวชาญการจำแนกสัญญาณ EEG โดยการคาดคะเนสเปกตรัมพลังงานและการตรวจจับการกระตุกของประสาท,” Applied Sciences, vol. 12, no. 20, p. 10385, ต.ค. 2022, doi: 10.3390/app122010385.