Nhờ vào các dự án nổi bật như Neuralink của Elon Musk, giao diện não-máy tính (BCI) đã thu hút được sự chú ý của toàn thế giới trong những năm gần đây. Tuy nhiên, bạn có thể ngạc nhiên khi biết rằng công nghệ BCI đã xuất hiện được hơn bốn thập kỷ và bạn không cần phẫu thuật để tạo ra những dự án "điều khiển bằng tâm trí" của riêng mình.

Emotiv ra mắt vào năm 2011, giới thiệu thiết bị đeo EEG không dây đầu tiên như một thiết bị chơi game BCI mang tính cách mạng. Kể từ đó, công nghệ này đã tiến bộ đáng kể cùng với các thuật toán học máy và các cảm biến sóng não cải tiến. Ngày nay, những người đam mê BCI vẫn tìm đến Emotiv cho các nhu cầu dự án giao diện não-máy tính của họ.

Dù bạn là người mới bắt đầu hay một chuyên gia dày dạn kinh nghiệm, thế giới của BCI luôn mang đến những cơ hội thú vị cho sự đổi mới và khám phá. Dưới đây là hướng dẫn về các thiết bị giao diện não-máy tính để giúp bạn hiểu và tiếp cận thế giới hấp dẫn này.

Tìm hiểu về Công nghệ Giao diện Não-Máy tính

Công nghệ giao diện não-máy tính (BCI) cho phép giao tiếp trực tiếp giữa não bộ và các thiết bị bên ngoài. Về mặt kỹ thuật, bất kỳ thiết bị nào đọc được tín hiệu não đều là BCI. Gần đây, thuật ngữ này chủ yếu được sử dụng để mô tả các BCI cho phép bạn "điều khiển bằng tâm trí" các thiết bị. Cùng một công nghệ giúp hiểu chức năng não bộ có thể dịch các tín hiệu não thành các lệnh cho nhiều nhiệm vụ khác nhau, bao gồm điều khiển con trỏ máy tính, di chuyển các chi giả và tạo ra các trải nghiệm chơi game tương tác. Công nghệ BCI đang mang lại hy vọng mới cho những người không thể sử dụng tay chân, bên cạnh những nhà đổi mới và những người đam mê ở khắp mọi nơi.

Vì "BCI" đã trở thành một từ thông dụng trong thời đại ngày nay, điều quan trọng là phải phân biệt giữa các loại thiết bị giao diện não-máy tính để giảm bớt sự nhầm lẫn và giúp người tiêu dùng cũng như các tổ chức có thể chọn thiết bị BCI phù hợp với họ.

Thiết bị BCI: Phẫu thuật so với Thiết bị đeo

Hiện tại có hai loại thiết bị giao diện não-máy tính khác nhau; những thiết bị được cấy ghép vào não và những thiết bị đọc tín hiệu não từ da đầu (Hình 1). Dưới đây là những điểm khác biệt.

Hình 1. Phân loại các công nghệ thu nhận tín hiệu BCI. (a) là sơ đồ phân loại theo chiều hướng phẫu thuật, bao gồm ba cấp độ: không xâm lấn, xâm lấn tối thiểu và xâm lấn. (b) cho thấy sơ đồ phân loại theo chiều hướng phát hiện, bao gồm ba cấp độ: không cấy ghép, can thiệp và cấy ghép. [1]

Trong sọ (Xâm lấn)

Điện não đồ trong sọ (iEEG) cấy ghép các điện cực trực tiếp vào bên trong đầu của một người. Điều này cho phép các bác sĩ có được tín hiệu điện tử rõ ràng để nghiên cứu, phát hiện và điều trị. Các thiết bị cấy ghép não có thể đọc dữ liệu, kích thích não hoặc cả hai. Các ứng dụng bao gồm nhưng không giới hạn ở việc đánh giá các cơn động kinh [2], điều trị các bệnh tâm thần [3], bắc cầu qua chứng liệt, cho phép chuyển suy nghĩ thành văn bản hoặc suy nghĩ thành lời nói (Hình 2) và thậm chí là phục hồi thị lực [4][5].

Cục Quản lý Thực phẩm & Dược phẩm Hoa Kỳ định nghĩa các thiết bị BCI cấy ghép là "các bộ phận giả thần kinh kết nối với hệ thần kinh trung ương hoặc ngoại vi để khôi phục các khả năng vận động và/hoặc cảm giác đã mất ở những bệnh nhân bị liệt hoặc cắt cụt chi" [6].

Hình 2. Casey Harrell, một người bị ALS, lại có thể nói chuyện nhờ sự trợ giúp của thiết bị cấy ghép BCI thông qua thử nghiệm lâm sàng BrainGate. (Nguồn: UC Regents)

Trong sọ (Xâm lấn tối thiểu)

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm các phương pháp ít xâm lấn hơn để đọc thông tin trực tiếp từ não. Một phương pháp là nội mạch (Hình 3), đưa các điện cực vào não thông qua một giá đỡ (stent) đi qua các mạch máu [7][8].

Một phương pháp khác được gọi là điện vỏ não (ECoG), đòi hỏi phải phẫu thuật đặt các điện cực bên dưới hộp sọ, dưới màng cứng (subdural ECoG) hoặc ngoài màng cứng (epidural ECoG). Quy trình này là xâm lấn nhưng ít hơn so với các thiết bị cấy ghép BCI truyền thống [9].

Hình 3. A, Sơ đồ của giao diện não-máy tính (BCI) được cấy ghép hoàn toàn. Một thiết bị có các điện cực được cấy vào tĩnh mạch dọc trên (hình thu nhỏ) và kết nối với bộ phát nhận có thể cấy ghép (IRTU) trong túi dưới da. IRTU giao tiếp với bộ đo từ xa nhận bên ngoài (ERTU), bộ này chuyển tiếp tín hiệu đến bộ điều khiển tín hiệu để điều khiển máy tính xách tay hoặc máy tính bảng. B, BCI với thiết bị theo dõi mắt để điều khiển máy tính. Theo dõi mắt được sử dụng để di chuyển con trỏ và BCI được sử dụng để nhấp chuột. C, BCI không có thiết bị theo dõi mắt để điều khiển máy tính. Một bộ quét mục sẽ làm nổi bật các mục theo trình tự và BCI được sử dụng để nhấp vào một mục khi nó được làm nổi bật [7].

BCI không xâm lấn (Thiết bị đeo EEG)

Hình 4. John tham gia BCI4Kids, một chương trình giúp trẻ em khuyết tật tương tác với môi trường của chúng bằng cách sử dụng giao diện não-máy tính. Bạn có thể xem tác phẩm nghệ thuật được điều khiển bằng sức mạnh não bộ của John TẠI ĐÂY.

Các thiết bị BCI không xâm lấn sử dụng các điện cực để đọc tín hiệu điện qua da đầu của một người. Quá trình này truyền thống chỉ giới hạn trong môi trường phòng thí nghiệm, nhưng sự ra đời của các thiết bị EEG không dây, cấp nghiên cứu đã cho phép đọc sóng não chính xác ở bất kỳ đâu (Hình 4).

Hiện tại, có hàng chục thiết bị đeo BCI không xâm lấn trên thị trường—nhiều thiết bị trong số đó được thiết kế với một mục đích duy nhất, chẳng hạn như theo dõi giấc ngủ hoặc sự tập trung. Giá cả có thể dao động từ vài trăm đô la đến hàng trăm nghìn đô la. Emotiv cung cấp dòng thiết bị BCI không dây linh hoạt và giá cả phải chăng nhất, từ 2 cảm biến cho đến 32 cảm biến, được sử dụng bởi các nhà thần kinh học, sinh viên, nhà giáo dục, nhà đổi mới, game thủ, người có sở thích và nghệ sĩ trên khắp thế giới.

Theo một cuộc kiểm toán năm 2022 đối với các bài báo bình duyệt [10], Emotiv là thiết bị EEG tiêu dùng được sử dụng nhiều nhất (67.69%) cho nghiên cứu khoa học. Các nhà nghiên cứu tin tưởng Emotiv vì hiệu suất đã được khoa học chứng minh, giá cả phải chăng so với thiết bị phòng thí nghiệm EEG truyền thống và tính linh hoạt. Cùng một thiết bị đeo Emotiv được sử dụng trong phòng thí nghiệm của trường đại học để thực hiện nghiên cứu đột phá về não bộ con người có thể được chia sẻ với khoa âm nhạc cho một buổi biểu diễn BCI, sau đó chuyển sang khoa tâm lý học để học tập thực hành và chia sẻ với câu lạc bộ BCI sinh viên để đua máy bay không người lái được điều khiển bằng não bộ.

Các Thiết bị Emotiv BCI

Tại Emotiv, chúng tôi có các thiết bị BCI không dây dành cho cả người mới bắt đầu và người dùng có kinh nghiệm.

Phía trên: Xe lăn được điều khiển bằng cách sử dụng Emotiv Flex như một thiết bị BCI [11].

Phía trên: Một sinh viên sử dụng Epoc X và bo mạch Arduino để điều khiển một cánh tay robot. (Nguồn: Matt Su)

Phía trên: Một sinh viên tại Đại học Florida đeo thiết bị Emotiv Insight BCI để điều khiển một máy bay không người lái. (Nguồn)

Hình 5. Game thủ Twitch Perrikaryal đã sử dụng thành công thiết bị đeo não Emotiv MN8 2 kênh để điều khiển trò chơi Halo bằng BCI.

Bắt đầu Dự án BCI của Bạn

Tôi Sử dụng BCI Như thế nào?

Bạn cần năm yếu tố cơ bản để bắt đầu dự án BCI của mình.

1. Một mục tiêu rõ ràng

2. Thiết bị thu nhận tín hiệu, chẳng hạn như thiết bị đeo EEG từ Emotiv

3. Phần mềm xử lý tín hiệu, chẳng hạn như EmotivBCI.

4. Các lệnh BCI được chỉ định (yêu cầu một số kinh nghiệm viết mã)

5. Quyền kết cập vào thiết bị bạn muốn điều khiển thông qua SDK, bo mạch Arduino, v.v.

6. Một thiết bị để nhận các lệnh BCI

Lựa chọn Thiết bị BCI Phù hợp

Việc lựa chọn thiết bị BCI phù hợp là rất quan trọng cho sự thành công của dự án của bạn. Dưới đây là một số cân nhắc chính:

Dễ Sử dụng: Hãy tìm một thiết bị thân thiện với người dùng và dễ cài đặt, đặc biệt nếu bạn là người mới bắt đầu. Các thiết bị Emotiv BCI được thiết lập trong vài phút với các cảm biến khô, bán khô và nước muối.

1. Chức năng: Đảm bảo thiết bị cung cấp các tính năng và khả năng cần thiết cho dự án cụ thể của bạn. Các thiết bị đeo Emotiv có khả năng cảm nhận toàn bộ não nhưng như một quy tắc chung, BCI hoạt động tốt hơn với nhiều cảm biến hơn. Theo logic đó, Emotiv Flex sử dụng tối đa 32 cảm biến để cảm nhận não tối đa, nhưng người dùng của chúng tôi có xu hướng thấy Epoc X hoặc Insight là quá đủ cho các dự án và nghiên cứu BCI của họ. Trong khi đó, các thiết bị đeo não MN8 lại hoàn hảo cho phát triển ứng dụng di động BCI.

2. Vị trí Đặt Cảm biến: Khi chọn thiết bị đeo EEG, hãy xem xét vị trí đặt các cảm biến và mức độ ảnh hưởng của nó đến nhu cầu của bạn. Ví dụ: một số thiết bị BCI trên thị trường chỉ có một cảm biến hoặc nhiều cảm biến chỉ nằm ở phía sau đầu.

3. Cảm biến Ướt so với Cảm biến Khô: Hãy cân nhắc đến sự thoải mái và chất lượng tín hiệu khi chọn thiết bị BCI, đặc biệt nếu bạn có ý định đeo trong thời gian dài. Nước muối thoải mái hơn gel, cảm biến bán khô dễ sử dụng hơn nước muối và cảm biến khô là tiện lợi nhất khi sử dụng. So sánh chất lượng tín hiệu của các thiết bị Emotiv.

4. Khả năng Tương thích: Chọn một thiết bị tích hợp tốt với các công cụ phần mềm và phần cứng hiện có của bạn. Nếu bạn muốn tích hợp BCI vào một hệ thống hiện có (máy bay không người lái, Spotify, Internet vạn vật, v.v.), hãy đảm bảo bạn có quyền truy cập SDK, API.

5. Hỗ trợ: Chọn một thiết bị từ một công ty cung cấp sự hỗ trợ mạnh mẽ và có một cộng đồng người dùng tích cực tham gia. Emotiv cung cấp một Cơ sở Kiến thức sâu rộng và hỗ trợ khách hàng.

6. Dữ liệu và Quyền riêng tư: Quyền riêng tư về thần kinh của bạn là quan trọng. Đó là lý do tại sao ngay từ ngày đầu, Emotiv đã thiết kế việc thu thập dữ liệu EEG của mình với sự lưu tâm đến quyền riêng tư. Xem cách Emotiv bảo vệ dữ liệu não của bạn.

Kết luận

Bắt đầu một dự án BCI là một hành trình thú vị mang lại tiềm năng to lớn cho sự đổi mới và tầm ảnh hưởng. Cho dù bạn là người mới bắt đầu hay một chuyên gia dày dạn kinh nghiệm, Emotiv cung cấp các công cụ và sự hỗ trợ bạn cần để thành công. Với thiết bị BCI phù hợp và một tầm nhìn rõ ràng, bạn có thể mở ra những khả năng mới.

Khám phá các thiết bị và tài nguyên BCI của Emotiv ngay hôm nay để bắt đầu thực hiện dự án BCI của bạn. Tham gia cộng đồng những nhà đổi mới và nghiên cứu đang định hình tương lai của tương tác giữa con người và công nghệ với công nghệ BCI.

Tham gia Cộng đồng Nhà phát triển của Chúng tôi

Chia sẻ các Dự án BCI của bạn với chúng tôi! Gắn thẻ #Emotiv trên mạng xã hội hoặc gửi email đến hello@emotiv.com.

Cần hỗ trợ thêm? LIÊN HỆ VỚI CHÚNG TÔI

Tài liệu tham khảo

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. Sẵn có: 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 (Trước đây là 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.