Wyniki najnowszych badań naukowych wskazują, że jest możliwe manipulowanie obrazami cyfrowymi za pomocą impulsów elektrycznych rejestrowanych w pojedynczych komórkach nerwowych w mózgu. Oznacza to, że w różnych urządzeniach elektronicznych klawiatura czy panel dotykowy może zostać w przyszłości, przynajmniej w niektórych przypadkach, zastąpiony przez interfejs sterowany myślą, a dokładnie aktywność neuronów. Wyniki badań zostały opublikowane w "Nature" w wydaniu z dnia 28 października 2010.

Mózgi osób badanych podłączano za pomocą specjalnej aparatury do komputera, na którego monitorze wyświetlano jednocześnie dwa obrazy. Osoby badane mogły wydać komputerowi polecenie wyświetlenia jednego z nich i usunięcia drugiego z ekranu. Sygnały wysyłane z mózgu do komputera były - co należy podkreślić, gdyż stanowi to pewną nowość - generowane przez bardzo niewielką ilość neuronów. Jak zauważa dr Itzhak Fried, profesor neurochirurgii na University of California w Los Angeles (UCLA) - "osoby badane były w stanie używać myśli, by sterować obrazami widzianymi na ekranie komputera".

Przeprowadzone badania odzwierciedlają dokonujący się postęp w pracach nad interfejsami mózg-komputer (brain-computer interfaces, BCI), urządzeniami umożliwiającymi użytkownikowi komputera sterowanie jego pracą za pomocą samych myśli. BCI docelowo mogą znaleźć również zastosowanie w sterowaniu pracą innych urządzeń elektronicznych. Ma to olbrzymie znaczenie praktyczne, zwłaszcza dla osób, które ze względu na stan zdrowia, na przykład paraliż, cierpią z powodu zaburzeń komunikacji lub niepełnosprawności ruchowej.  Interfejsy mózg-komputer mogą znacznie ułatwić komunikację z tymi pacjentami lub pozwolić im na samodzielne sterowanie protezami kończyn. Zanim to jednak nastąpi, konieczne jest prowadzenie prac naukowych, których celem pozostaje zrozumienie, w jaki sposób mózg przetwarza informację, oraz jak myślenie i podejmowanie decyzji zachodzi w mózgu w wyniku jednoczesnej aktywności wielu pojedynczych komórek nerwowych. Właśnie to było głównym celem omawianych badań. Dr Debra Babcock, dyrektor programowy z ramienia National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) mówi, że "jest to nowy i wyszukany sposób użycia interfejsu mózg-komputer, aby odkryć, w jaki sposób mózg ukierunkowuje uwagę i dokonuje wyborów".

Badania przeprowadzono na niewielkiej grupie dwunastu pacjentów z epilepsją, którzy mieli w mózgu implantowane elektrody rejestrujące aktywność napadową neuronów. Urządzenia tego typu są standardowo używane w celu lepszej lokalizacji ognisk padaczkowych, czyli obszarów mózgu, które są odpowiedzialne za powstawanie napadów. W przypadku osób biorących udział w tych konkretnych badaniach elektrody były wprowadzone do wnętrza płata skroniowego, okolicy mózgu ważnej, między innymi, dla procesów pamięci i zdolności rozpoznawania złożonych obrazów, w tym twarzy. Gdy aktywność mózgu była rejestrowana przy pomocy komputera, pokazywano osobom badanym na ekranie dwa obrazy nałożone na siebie. Każdy obraz przedstawiał jakiś powszechnie znany przedmiot, miejsce, zwierzę lub osobę. Zadaniem osób badanych było wybranie jednego z dwóch obrazów i skupienie na nim uwagi do momentu, aż stanie się całkowicie widoczny, a ignorowany obraz zupełnie zniknie. Obraz na monitorze był uaktualniany co 0,1 sekundy, zgodnie z częstotliwością sygnału przesyłanego z mózgu. Na całej grupie badawczej przeprowadzono w ten sposób blisko 900 tego rodzaju prób. 70% prób zakończyło się sukcesem, a osobom badanym udawało się zmusić komputer do wyświetlenia pożądanego obrazu na monitorze. Osoby badane uczyły się zadania bardzo szybko, a niektórym z nich udawało się zaliczyć próbę z sukcesem już w pierwszym podejściu. Co zaskakujące, wystarczyło do tego rejestrowanie na wejściu aktywności jedynie czterech komórek nerwowych, zlokalizowanych w płacie skroniowym.

Wyniki wcześniejszych badań wskazywały, że neurony w płacie skroniowym reagują na docierające do nich bodźce w sposób bardzo wybiórczy, generując silniejsze impulsy jedynie w odpowiedzi na specyficzne obrazy. Na przykład, jedna komórka nerwowa w płacie skroniowym może silniej reagować na oglądanie zdjęcia Marilyn Monroe, a inna odpowiada silniej na widok Michaela Jacksona. Zresztą, zdjęcia obojga były rzeczywiście wykorzystywane w przebiegu omawianych badań nad BCI.

Zespół badaczy, działający pod kierunkiem dr Frieda, najpierw zidentyfikował cztery komórki nerwowe reagujące na obrazy słynnych osób, znanych przedmiotów, zwierząt lub widoków. Następnie elektrody były ustawiane na rejestrowanie aktywności właśnie tych komórek mózgowych. W ten sposób badaczom udało się odkryć, że sukces w wybieraniu między obrazami wyświetlanymi na ekranie monitora zależy od tego, jak skutecznie osoba badana potrafi wzmocnić odpowiedź komórek, których aktywność jest związana z wybranym obrazem, a także jak skutecznie potrafi zmniejszyć aktywność komórek, reagujących zazwyczaj pobudzeniem w odpowiedzi na obraz, który był w trakcie zadania ignorowany. Jak zauważa dr Babcock - "niezwykłym aspektem tych badań jest fakt, że możemy koncentrować uwagę, aby dokonywać wyborów, wpływając na poziom aktywności tak niewielu komórek mózgowych, i że możemy się nauczyć kontrolować te komórki  tak szybko".

Wcześniejsze badania nad BCI wskazały, że można z ich pomocą wykonywać inne zadania, takie jak sterowanie ruchem kursora na ekranie komputera, również za pomocą jedynie kilku komórek nerwowych. Jednak zadanie, z którym mamy do czynienia w przypadku omawianych badań, było znacznie trudniejsze, stąd spodziewano się, że będzie angażować bardzo wiele neuronów, zlokalizowanych w wielu różnych rejonach mózgu, odpowiedzialnych za spostrzeganie wzrokowe, uwagę, pamięć i podejmowanie decyzji.  Wyniki badań są więc prawdziwą niespodzianką.

[Tłum./oprac. Caden O. Reless]

Źródła:
From Touchpad to Thought-pad?
On-line, voluntary control of human temporal lobe neurons