Een nieuw systeem leest de hersenpatronen van een gebruiker om een speelgoedhelikopter te besturen - de eerste keer dat een vluchtvoertuig volledig door gedachten werd bestuurd. Afbeelding via Universiteit van Minnesota
Denk aan het dichtklemmen van je rechtervuist. EEN behendige 14-ounce helikopter vliegt recht. Stel je voor dat je je linkervuist op elkaar klemt. De helikopter buigt naar links. Denk aan het vastklemmen van beide vuisten en deze stijgt verticaal.
Dit opmerkelijke helikopterbesturingssysteem is het werk van een groep wetenschappers aan de Universiteit van Minnesota onder leiding van hoogleraar engineering Bin He. Wat hem onderscheidt, is dat het besturen van zijn vlucht absoluut geen daadwerkelijke beweging voor de piloot vereist - geen knop drukken of gas trekken. In plaats van een conventionele afstandsbediening, besturen gebruikers het voertuig met een EEG (elektro-encefalografie) dop bezaaid met 64 elektroden, die elektrische activiteit in verschillende delen van de hersenen nabij de hoofdhuid detecteren en effectief hun gedachten lezen.
Het systeem, voor het eerst gedemonstreerd in april en nu volledig beschreven in een artikel dat vandaag is gepubliceerd in het Journal of Neural Engineering, maakt deel uit van de snelgroeiende studie van hersen-computerinterfaces - directe communicatiepaden tussen hersenen en geautomatiseerde of robotachtige apparaten. In de afgelopen jaren hebben wetenschappers hersengestuurde robotica gecreëerd die iemand chocolade kan voeden of hem kan helpen koffie te drinken, maar dit is het eerste exemplaar van een vluchtvoertuig dat volledig door gedachten wordt bestuurd.
Het systeem steunt op eerder EEG en ander neurologisch onderzoek door het team, dat identificeerde welke activiteitspatronen in de hersenen gecorreleerd zijn met gedachten zoals "maak een vuist met uw rechterhand" en "maak een vuist met beide handen". Dit soort bewegingen -georiënteerde gedachten komen meestal voor in de motorische cortex, een deel van de hersenen dat verantwoordelijk is voor de controle van het lichaam. De EEG-dop is alleen gevoelig genoeg om activiteit relatief dicht bij de hoofdhuid te detecteren - dat is waar de motorcortex zich bevindt - zodat de wetenschappers hun EEG-software konden programmeren om met name deze relevante denkpatronen te onderscheiden.
Als gevolg hiervan, wanneer het systeem een van de gespecificeerde gedachten detecteert, zet het de gedachte ("maak een eerste met mijn rechterhand") om in een commando voor de helikopter ("draai rechts") en verzendt het signaal vervolgens naar het voertuig Wifi. Daarmee, voilà: een gedachte-gecontroleerde helikopter.
Het team had eerder een systeem gecreëerd waarmee gebruikers een virtuele helikopter konden besturen en het voor deze studie aangepast met behulp van een echt fysiek voertuig, de ARDrone Quadcopter. Als onderdeel van het project, gaven ze vijf studenten een barst in het vliegen met de helikopter, en ze waren allemaal in staat om erachter te komen hoe ze het ding omhoog konden houden - en het zelfs door hoepels konden vliegen - met minimale training.
Wetenschappers voorzien een reeks toepassingen voor dit soort technologie. Onderzoek is al gaande voor een van de meest voor de hand liggende toepassingen: prothetische ledematen. In februari presenteerde een Zwitsers team werk aan een geestgestuurde kunstmatige hand waarmee een gebruiker objecten kan oppakken en zelfs stimuli (zoals de hand die door een naald wordt geprikt) naar de hersenen van de gebruiker kan doorgeven. Anderen hebben gewerkt aan geestgestuurde rolstoelen, die quadriplegische gebruikers meer mobiliteit zouden geven.
Een van de dingen die het helikopterexperiment zo interessant maken, is echter dat het, net als een paar recente hersen-computerinterfaces (inclusief de rolstoel), hersenpatronen betreft die worden gedetecteerd met een niet-invasieve procedure - gebruikers kunnen eenvoudig aan- of opstijgen de EEG-dop wanneer ze maar willen. In vergelijking met andere soorten hersen-computerinterfaces, die vaak afhankelijk zijn van chirurgisch geïmplanteerde sensoren, kan dit soort systeem in een veel breder scala van situaties worden gebruikt.
Ten eerste kunnen verlamde patiënten die terughoudend zijn of geen dure en invasieve chirurgie kunnen ondergaan om zelfstandiger te worden, eenvoudig de dop dragen. Bovendien zouden geamputeerden en patiënten met een niet-verlammende aandoening die nog steeds de mobiliteit beperkt - zoals ALS of een andere neuromusculaire aandoening - in theorie dit soort technologie kunnen gebruiken om rolstoelen of zelfs andere voertuigen, zoals auto's, te besturen zonder een permanent brein te vereisen implantaatsysteem.
Op een dag zou het zelfs kunnen worden gebruikt om het technologiegebruik te verbeteren voor mensen zonder gerelateerde medische problemen. Als het bijvoorbeeld betrouwbaar en gevoelig genoeg wordt, kunnen piloten op een dag misschien full-size helikopters besturen met hun gedachten om vermoeidheid van handen en armen te verminderen, en chirurgen kunnen chirurgische instrumenten manipuleren zonder zich zorgen te hoeven maken over handen schudden.
