Beyin-Bilgisayar Arayüzü Cihazlarına Yönelik Bir Rehber

Elon Musk'un Neuralink gibi yüksek profilli projeler sayesinde, beyin-bilgisayar arayüzleri (BCI) son yıllarda dünya çapında dikkat çekti. Ancak, BCI teknolojisinin 40 yıldan fazla bir süredir var olduğunu ve kendi "zihin kontrolü" projelerinizi yaratmak için cerrahiye ihtiyaç duymadığınızı öğrenmek sizi şaşırtabilir.

EMOTIV, 2011 yılında, devrim niteliğinde bir BCI oyun cihazı olarak ilk kablosuz EEG başlığını tanıttı. O zamandan beri teknoloji, makine öğrenme algoritmaları ve geliştirilmiş beyin dalgası sensörleri ile önemli ölçüde ilerledi. Günümüzde, BCI meraklıları hala EMOTIV'e beyin-bilgisayar arayüzü projeleri ihtiyaçları için yöneliyor.

İster yeni başlayan, ister deneyimli bir profesyonel olun, BCI dünyası yenilik ve keşif için heyecan verici fırsatlar sunmaktadır. İşte bu büyüleyici dünyayı anlamanızı ve erişmenizi sağlayacak beyin-bilgisayar arayüzü cihazları hakkında bir rehber.

Beyin-Bilgisayar Arayüzü Teknolojisini Anlamak

Beyin-bilgisayar arayüzü (BCI) teknolojisi, beyin ile dış cihazlar arasında doğrudan iletişim sağlar. Teknik olarak, beyin sinyallerini okuyan herhangi bir cihaz BCI'dir. Daha yakın zamanda, terim, "zihin kontrolü" cihazlarıyla ilgili BCI'leri tanımlamak için kullanılmıştır. Beyin işlevini anlamaya yardımcı olan aynı teknoloji, beyin sinyallerini bilgisayar imleci kontrolü, protez uzuvlarının hareket ettirilmesi ve etkileşimli oyun deneyimleri gibi çeşitli görevler için komutlara dönüştürebilmektedir. BCI teknolojisi, uzuvlarını kullanamayanlar için yeni umutlar sunmanın yanı sıra, gelişmiş bedenli yenilikçiler ve meraklılar için de aynı şekilde hizmet vermektedir.

“BCI” terimi, ruh sağlığı alanında bir moda kelime haline geldiği için, beyin bilgisayar arayüzü cihaz türlerini ayırt etmek önemlidir. Böylece tüketiciler ve kurumlar kendileri için doğru BCI cihazını seçebilirler.

BCI Cihazları: Cerrahi mi Yoksa Başlık mı

Şu anda iki farklı beyin-bilgisayar arayüzü cihazı türü bulunmaktadır; beyine implante edilenler ve kafa derisinden beyin sinyallerini okuyanlar (Şek. 1). İşte farklılıkları.

Şekil 1. BCI sinyal edinim teknolojilerinin sınıflandırması. (a) cerrahi boyutunun sınıflandırma diyagramıdır; üç düzey içerir: invazif olmayan, minimal invaziv ve invazif. (b) deteksiyon boyutunun sınıflandırma diyagramıdır; üç düzey içerir: implante edilmemiş, müdahale ve implantasyon. [1]

İntrakraniyal (İnvaziv)

İntrakraniyal elektroensefalografi (iEEG), bir kişinin başının içine doğrudan elektrotlar yerleştirir. Bu, doktorların araştırma, algılama ve tedavi için net bir elektronik sinyal almasını sağlar. Beyin implantları ya veri okuyabilir, beyni uyarabilir ya da her ikisini birden yapabilir. Kullanım alanları arasında epileptik nöbetlerin değerlendirilmesi [2], zihinsel hastalıkların tedavisi [3], felç bypassı, düşünce-yazı veya düşünce-konuşma yeteneği sağlama (Şek. 2) ve hatta görme restorasyonu [4][5] bulunmaktadır.  

Amerika Birleşik Devletleri Gıda ve İlaç Dairesi, implant edilen BCI cihazlarını “felç veya amputasyon geçiren hastalarda kaybedilen motor ve/veya duyusal yetenekleri geri kazandırmak için merkezi veya periferik sinir sistemi ile arayüz oluşturan nöroprotezler” olarak tanımlar [6].

Şekil 2. ALS hastası Casey Harrell, BrainGate klinik denemesi aracılığıyla bir BCI implantı yardımıyla yeniden konuşuyor. (Kredi: UC Regents)

İntrakraniyal (Minimal-invaziv)

Araştırmacılar, beyinden doğrudan bilgi okuma için daha az invaziv yöntemler üzerinde denemeler yapmışlardır. Bir yöntem endovaskülerdir (Şek. 3), elektrotları kan damarları boyunca bir stent aracılığıyla beyine göndermektedir [7][8].

Diğer bir yöntem, cerrahinin, elektrotların kafatasının altına, ya dura mater (subdural ECoG) ya da dura materin dışına (epidural ECoG) yerleştirilmesini gerektiren elektrokortikografik (ECoG) olarak adlandırılmaktadır. İşlem invazivdir ancak geleneksel BCI implantlarından daha azdır [9].

Şekil 3. A, tam implante edilmiş beyin-bilgisayar arayüzünün (BCI) şeması. Elektrotlar içeren bir cihaz, superior sagittal sinus kan damarı (inset) içine yerleştirilir ve subkutan bir cepte implant edilebilir alıcı verici birim (IRTU) ile bağlantı kurar. IRTU, dış alıcı telemetri birimi (ERTU) ile iletişim kurar; bu, bir dizüstü bilgisayar veya tabletin kontrolü için bir sinyal kontrol birimine sinyaller iletir. B, bilgisayar kontrolü için bir göz izleyici ile BCI. Göz izleme, imleci hareket ettirmek için kullanılır ve BCI, tıklamak için kullanılır. C, bilgisayar kontrolü için göz izleme olmadan BCI. Bir öğe tarayıcı, öğeleri sıralı bir şekilde vurgular ve BCI, vurgulanan bir öğeyi tıklamak için kullanılır [7].

Invazif Olmayan BCI (EEG Başlıkları)

Şekil 4. John, zihinsel engelli çocukların çevreleriyle etkileşim kurmalarına yardımcı olan BCI4Kids programına katılmaktadır. John'un beyin gücüyle yaptığı sanatı BURADAN görebilirsiniz.

Invazif olmayan BCI cihazları, bir kişinin kafa derisi aracılığıyla elektriksel sinyalleri okumak için elektrotlar kullanır. Bu işlem geleneksel olarak bir laboratuvar ortamıyla sınırlıydı, ancak kablosuz, araştırma kalitesinde EEG cihazlarının ortaya çıkması, doğru beyin dalgası okumalarının her yerde yapılabilmesini sağlamıştır (Şek. 4).

Şu anda, piyasada birçok invazif olmayan BCI başlığı bulunmaktadır - bunların birçoğu uyku veya odaklanma izleme gibi tek bir amaç için tasarlanmıştır. Fiyatlar birkaç yüz dolardan yüz binlerce dolara kadar değişebilir. EMOTIV, iki sensörden 32'ye kadar değişen kablosuz BCI cihazlarının en çeşitli ve uygun fiyatlı yelpazesini sunmaktadır; bu cihazlar, dünya genelinde nörobilimciler, öğrenciler, eğitimciler, yenilikçiler, oyuncular, meraklılar ve sanatçılar tarafından kullanılmaktadır.  

2022 tarihli bir akran değerlendirmesi üzerine yapılan incelemeye göre [10], EMOTIV, bilimsel araştırmalar için en çok kullanılan tüketici EEG cihazıdır (yüzde 67.69). Araştırmacılar, EMOTIV'i bilimsel olarak doğrulanmış performansı, geleneksel EEG laboratuvar ekipmanlarına göre uygun fiyatı ve çok yönlülüğü nedeniyle güvenmektedir. Bir üniversite laboratuvarında insan beyni üzerine çığır açan araştırmalar yapmak için kullanılan aynı EMOTIV başlığı, müzik bölümüne BCI performansı için paylaşılabilir, ardından psikoloji bölümüne uygulamalı öğrenme için geçirilebilir ve bir öğrenci BCI kulübü ile beyin destekli dronları yarıştırmak için paylaşılabilir.  

EMOTIV BCI Cihazları

EMOTIV'te, hem yeni başlayanlar hem de deneyimli kullanıcılar için kablosuz BCI cihazlarımız var.

Yukarıda: Bir tekerlekli sandalye, BCI cihazı olarak EMOTIV FLEX kullanılarak kontrol edilmektedir [11].

Yukarıda: Bir öğrenci, bir robot kolu kontrol etmek için EPOC X ve Arduino kartı kullanıyor. (Kaynak: Matt Su)

Yukarıda: Florida Üniversitesinde bir öğrenci, bir dronu kontrol etmek için EMOTIV Insight BCI cihazı takıyor. (Kaynak)

Şekil 5. Twitch oyuncusu Perrikaryal, BCI kullanarak Halo oyununu kontrol etmek için 2-kanallı EMOTIV MN8 beyin giyilebilir cihazını başarıyla kullanıyor.

BCI Projenize Başlarken

BCI'yi Nasıl Kullanırım?

BCI projenize başlamak için beş temel öğeye ihtiyacınız var.

1. Açık bir hedef

2. EMOTIV'ten bir EEG başlığı gibi sinyal edinim cihazı

3. EmotivBCI gibi sinyal işleme yazılımı.

4. Atanan BCI komutları (bazı kodlama deneyimi gereklidir)

5. Kontrol etmek istediğiniz cihaza SDK, Arduino kartı vb. aracılığıyla erişim.

6. BCI komutlarını alacak bir cihaz

Doğru BCI Cihazlarını Seçmek

Doğru BCI cihazını seçmek, projenizin başarısı için çok önemlidir. İşte bazı ana hususlar:

Kullanım Kolaylığı: Özellikle başlangıç seviyesindeyseniz, kullanıcı dostu ve kurulumu kolay bir cihaz arayın. EMOTIV BCI cihazları, kuru, yarı kuru ve tuzlu sensörlerle dakikalar içinde kurulmaktadır.

1. İşlevsellik: Cihazın belirli projeniz için gereken özellikleri ve yetenekleri sunduğundan emin olun. EMOTIV başlıkları tüm beyin algılama sunar; ancak genel bir kural olarak, BCI daha fazla sensörle daha iyi çalışır. Bu mantıkla, EMOTIV FLEX maksimum beyin algılama için 32 sensöre kadar kullanır, ancak kullanıcılarımız, BCI projeleri ve araştırmaları için EPOC X veya Insight'ı genelde yeterli bulmaktadır. MN8 beyin giyilebilir cihazları, BCI mobil uygulama geliştirme için mükemmeldir.

2. Sensor Yerleşimi: EEG başlığı seçerken, sensörlerin nerede bulunduğunu ve bunun ihtiyaçlarınızı nasıl etkilediğini göz önünde bulundurun. Örneğin, piyasada bazı BCI cihazları sadece bir sensöre veya kafanın arka tarafında bulunan çoklu sensörlere sahiptir.  

3. Islak ve Kuru Sensörler: Uzun süre takmayı düşündüğünüz bir BCI cihazı seçerken, konfor ve sinyal kalitesini göz önünde bulundurun. Tuzlu, jelden daha rahattır, yarı kuru sensörler tuzlu sensörlerden daha kolaydır ve kuru sensörler en kullanışlı olanlardır. EMOTIV cihazlarının sinyal kalitesini karşılaştırın.

4. Uyumluluk: Mevcut yazılım ve donanım araçlarınızla iyi entegrasyon sağlayan bir cihaz seçin. BCI'yi mevcut bir sisteme (dronlar, Spotify, Nesnelerin İnterneti vb.) entegre etmek istiyorsanız SDK, API erişiminizin olduğundan emin olun.

5. Destek: Güçlü destek sunan ve etkili bir kullanıcı topluluğuna sahip bir şirketten bir cihaz seçin. EMOTIV, kapsamlı bir Bilgi Tabanı ve müşteri destek hizmeti sunmaktadır.

6. Veri ve Gizlilik: Sinirsel gizliliğiniz önemlidir. Bu nedenle, EMOTIV, EEG veri toplama işlemini gizliliği göz önünde bulundurarak tasarladı. EMOTIV'in beyin verilerinizi nasıl koruduğunu görün.

Sonuç

Bir BCI projesine başlamak, yenilik ve etki potansiyeliyle dolu heyecan verici bir yolculuktur. İster yeni başlayın, ister deneyimli bir profesyonel olun, EMOTIV, başarılı olmanız için ihtiyaç duyduğunuz araçları ve desteği sağlamaktadır. Doğru BCI cihazı ve net bir vizyon ile yeni olasılıkların kapılarını aralayabilirsiniz.

Bugün EMOTIV'in BCI cihazlarını ve kaynaklarını keşfedin ve BCI projeniz üzerinde çalışmaya başlayın. İnsan-teknoloji etkileşiminin geleceğini şekillendiren yenilikçiler ve araştırmacılar topluluğuna katılın.

Geliştirici Topluluğumuza Katılın

BCI Projelerinizi bizimle paylaşın! Sosyal medyada #EMOTIV etiketini kullanın veya e-posta atın hello@emotiv.com.

Daha fazla yardıma mı ihtiyacınız var? BİZİMLE İLETİŞİME GEÇİN

Kaynaklar

1. Y. Sun ve ark., “Beyin-bilgisayar arayüzlerinin sinyal edinimi: Tıbbi-mühendislik kesişimi açısından bir inceleme,” Fundamental Research, Nisan 2024, doi: 10.1016/j.fmre.2024.04.011. Elde edilebilir: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325824001559

2. P. S. Reif, A. Strzelczyk ve F. Rosenow, “Epilepsi hastalarında invaziv EEG değerlendirmesinin tarihi,” Bölüm, cilt 41, s. 191–195, Nisan 2016, doi: 10.1016/j.seizure.2016.04.006.

3. Cihazlar ve Radyolojik Sağlık Merkezi, “Felç veya amputasyon geçiren hastalar için İmplant Edilmiş Beyin-Bilgisayar Arayüzü (BCI) Cihazları - Klinik Olmayan Testler ve Klinik Değerlendirmeler,” Amerika Birleşik Devletleri Gıda ve İlaç Dairesi, 20 Mayıs 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 ve ark., “Obsesyonun ventral striatal elektrofizyolojisi tarafından yönlendirilen yanıt verici derin beyin stimulasyonu, zorlayıcı davranışı kalıcı olarak hafifletmektedir,” Nöron, cilt 112, no. 1, s. 73-83.e4, Ocak 2024, doi: 10.1016/j.neuron.2023.09.034.

5. “Neuralink, X’te: 'FDA'dan görme kaybı yaşayanlar için Blindsight projemizle ilgili Kırılma Cihazı Tasarımı onayı aldık. Hasta Kayıtlarımıza ve kariyer sayfamızdaki açıklıklara başvurun.' / X,” X (eski Twitter). https://t.co/abBMTdv7Rh

6. M. Ptito, M. Bleau, I. Djerourou, S. Paré, F. C. Schneider ve D.-R. Chebat, “Körleri desteklemek için beyin-makine arayüzleri,” Frontiers in Human Neuroscience, cilt 15, Şubat 2021, doi: 10.3389/fnhum.2021.638887.

7. P. Mitchell ve ark., “Şiddetli felç geçiren 4 hastada tamamen implante edilmiş endovasküler Beyin-Bilgisayar arayüzü güvenliği değerlendirmesi,” JAMA Neurology, cilt 80, no. 3, s. 270, Mart 2023, doi: 10.1001/jamaneurol.2022.4847.

8. Q. He ve ark., “Beyin nebula: endovasküler sinir kaydı ve uyarımı ile minimal invaziv beyin-bilgisayar arayüzü,” Journal of NeuroInterventional Surgery, s. jnis-021296, Şubat 2024, doi: 10.1136/jnis-2023-021296.

9. R. P. N. Rao, “Yarı-İnvaziv BCI’ler,” Cambridge University Press eKitapları, 2013, s. 149–176. doi: 10.1017/cbo9781139032803.012.

10. J. Sabio, N. S. Williams, G. M. McArthur ve N. A. Badcock, “Araştırmalarda tüketici sınıfı EEG cihazlarının kullanımı üzerine kapsamlı bir inceleme,” bioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratuvarı), Aralık 2022, doi: 10.1101/2022.12.04.519056.

11. D. Pawuś ve S. Paszkiel, “EEG sinyallerinin gücü spektrum tahminine ve sinir tiklerini algılamaya dayalı uzman sistemi kullanarak BCI tekerlekli sandalye kontrolü,” Uygulamalı Bilimler, cilt 12, no. 20, s. 10385, Ekim 2022, doi: 10.3390/app122010385.