Celem działania interfejsów mózg-komputer (ang. brain-computer interface, BCI) jest bezpośrednie sterowanie komputerem za pomocą mózgu. Odpowiednio zaprogramowany komputer może umożliwiać, bez pośrednictwa mięśni, komunikację z otoczeniem (przez pisanie tekstów) lub sterowanie urządzeniami, np. kontrolę oświetlenia, telewizora itp.

Celem strony BCI.durka.info jest zgromadzenie podstawowych informacji w języku polskim, które mogą być pomocne pacjentom i ich opiekunom, dla których BCI mogą być ostatnią nadzieją na zachowanie możliwości komunikacji z otoczeniem. Choć autor tego tekstu jest naukowcem, strona nie pretenduje do przeglądu najnowszych osiągnięć w tej dziedzinie -- ma raczej przystępnie opisać to, co powoli dojrzewa do praktycznych zastosowań.

A dojrzewa niestety powoli. A.D. 2007 to wciąż sfera badań naukowych nad BCI. Pojedyncze systemy, które pomagają już pacjentom w USA i Europie, powstały i są obsługiwane w większości przez naukowców. W Siódmym Programie Ramowym Unia Europejska przeznaczyła na rozwój BCI ponad 40 milionów Euro. W Polsce wciąż brak praktycznych badań w tym zakresie (ref).

Corocznie około 2000 osób w Polsce dotyka stwardnienie zanikowe boczne – okrutna, neurodegeneracyjna choroba układu nerwowego, która niszczy część centralnego układu nerwowego odpowiedzialną za ruch, nie uszkadza natomiast czucia, zdolności poznawczych i intelektu. Chorzy stopniowo tracą kontrolę nad własnym ciałem i w ciągu 2 do 3 lat osiągają stan, kiedy nie mają żadnej możliwości skomunikowania się z otoczeniem, pozostając niewolnikami własnych ciał, skazanymi na trwanie przy życiu bez możliwości wyrażenia własnych potrzeb, opinii i emocji. Aktualny stan wiedzy pozwala już na umożliwienie takim pacjentom komunikacji z otoczeniem przez BCI. Mimo stosunkowo niewielkiej szybkości (typowo kilkanaście bitów/min), w wielu przypadkach jest to jedyny sposób na zachowanie kontaktu z otoczeniem.

Jednak cały czas BCI są to zaawansowana technologia, której implementacja i stosowanie wymagają ciągłej współpracy naukowców. Aktualnie szansą dla w/w pacjentów jest wyłącznie kontakt z naukowcami zajmującymi się tą dziedziną. Pacjenci w Polsce nie mają takiej szansy. Żeby dać chociaż nadzieję na realne zastosowanie w niedalekiej przyszłości, potrzebne są systematyczne badania eksperymentalne (nie tylko teoretyczne).

Najbardziej obiecujące są systemy BCI oparte o odczyt elektroencefalogramu (EEG). Pozostałe podejścia wymagają albo wszczepiania elektrod podczaszkowych, albo – jak systemy oparte na fMRI lub NIRS – wykazują kilkusekundowe opóźnienia, a w przypadku fMRI wymagają bardzo drogiej, nieprzenośnej aparatury (skaner fMRI z polem powyżej 3 T). Wśród BCI opartych o EEG, najefektywniej działają trzy podstawowe paradygmaty:

• SSVEP (ang. steady state visual evoked potentials), oparte o koncentrowanie uwagi na symbolu migającym z częstością, która jest odzwierciedlana w EEG. Na przykład na matrycy cyfr 3x3 każda klatka miga z inną częstością. Skoncentrowanie uwagi na jednej z cyfr powoduje pojawienie się w EEG odpowiadającej częstości.
• P300, oparte o detekcję potencjałów wywołanych przez podświetlenie np. oczekiwanej litery. Tu najczęściej podświetlane są wiersze i kolumy macierzy liter. Podświetlenie wiersza lub kolumny, w której znajduje się litera na której koncentrujemy uwagę, powoduje pojawienie się specyficznego potencjału wywołanego. Niestety jego detekcja, przy aktualnym stanie metodologii analizy sygnałów, może wymagać szeregu powtórzeń, co zmniejsza szybkość transferu informacji.
• ERD/ERS (ang. event-related desynchronization/synchronization), oparte o odczyt intencji ruchu prawą/lewą ręką i np. stopą. Ten najbardziej "naturalny" tryb sterowania przez EEG, w którym np. wyobrażenie ruchu prawą ręką może oznaczać "skręć w prawo", a ruchu stopą -- "poruszaj się do przodu", jest jednocześnie najbardziej skomplikowane w realizacji. Odróżnienie intencji ruchu np. lewą i prawą kończyną możliwe jest częśiowo dzięki lateralizacji funkcji mózgu, więc wymaga stosunkowo dużej ilości elektrod. Jeszcze trudniejsza jest detekcja samych ERD/ERS, które w "czystej" postaci widoczne są po uśrednieniu EEG z wielu powtórzeń tego samego wyobrażenia.

Więcej informacji można znaleźć np. na slajdach z wykładu o BCI (z roku 2006). Na osobnej stronie zgromadziłem też kilka odnośników do dostępnych w Sieci nagrań wideo , obrazujących działanie opisanych powyżej trzech sposobów realizacji BCI w oparciu o EEG.