Brain-Comp.+Interf.

= Brain Computer Interface ( BCI )  =

__ΟΡΙΣΜΟΙ__
Είναι η διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή (BCI), που συχνά ονομάζεται άμεση νευρωνική διασύνδεση ή διεπαφή εγκεφάλου-μηχανής. Ουσιαστικά είναι ένα άμεσο μονοπάτι για την επικοινωνία μεταξύ του εγκεφάλου και μιας εξωτερικής συσκευής.

Το BCI είναι ένα σύστημα επικοινωνίας με το οποίο τα μηνύματα ή οι εντολές που στέλνει ένα άτομο στον έξω κόσμο, δεν περνούν από τα συνηθισμένα μονοπάτια του εγκεφάλου.

Είναι μια διεπαφή – συνεργασία στην οποία ένας εγκέφαλος δέχεται και ελέγχει ένα σύστημα ως φυσικό μέρος του σώματος.

Ένα σύστημα επικοινωνίας που μετατρέπει την εγκεφαλική δραστηριότητα σε εντολές για έναν υπολογιστή ή άλλες συσκευές. § §

Με άλλα λόγια, το BCI επιτρέπει στους χρήστες να ενεργούν στο περιβάλλον τους, χρησιμοποιώντας μόνο την δραστηριότητα του εγκεφάλου, χωρίς την χρήση νευρών ή μυών.

Δηλαδή,
 * σε υγιή άτομα, περιοχή του εγκεφάλου στέλνει εντολές κίνησης στους μύες, μέσω του νωτιαίου μυελού
 * σε ανάπηρους ανθρώπους αυτό το μονοπάτι έχει διακοπεί
 * υπολογιστής που βασίζεται στην αποκωδικοποίηση μετατρέπει την εντολή αυτή σε δραστηριότητα για τον έλεγχο μυών

__ΣΤΟΧΟΣ ΤΟΥ BCI__ Η επικοινωνία με τους ανθρώπους, με τις διάφορες συσκευές και το περιβάλλον γενικότερα.

__ΠΩΣ ΞΕΚΙΝΗΣΕ__

Το 1990 έγιναν τα πρώτα πετυχημένα πειράματα σε μαϊμούδες. Εμφυτεύτηκαν ηλεκτρόδια στον εγκέφαλό τους και μετρώντας την εγκεφαλική δραστηριότητα, οι μαϊμούδες μπορούσαν να ελέγξουν ένα ρομπότ με την σκέψη. media type="youtube" key="wxIgdOlT2cY" height="385" width="480"

__Στην συνέχεια,__

εφαρμόστηκε στον άνθρωπο. Έτσι, το 2004 είδαμε τα πρώτα οφέλη. Ο Matthew Nagle ,25, αφέθηκε παράλυτος ύστερα από ατύχημα. Η πρωτοποριακή χειρουργική επέμβαση σε νοσοκομείο της Μασαχουσέτης, τον καθιστά ικανό να ελέγχει τα καθημερινά αντικείμενα από τη σκέψη μόνο. Το τσιπ εγκεφάλου διαβάζει το μυαλό του και στέλνει τις σκέψεις σε έναν υπολογιστή που αποκρυπτογραφεί.

__Τι οδήγησε στο BCI?__
 * Πολλοί άνθρωποι ζουν σε καροτσάκι ή έχουν κάποιο είδος αναπηρίας. Υπάρχουν δύο τρόποι για να ξεπεραστεί το πρόβλημα: **


 * 1) ** "επισκευάζοντας" τους νευρώνες του εγκεφάλου **
 * 2) ** με την βοήθεια μιας συσκευής - υπολογιστή **

Είναι χρήσιμο.. σε ανθρώπους
 * με περιορισμένο έλεγχο μυών
 * με κακώσεις νωτιαίου μυελού
 * με απώλεια μνήμης
 * ** με αναπηρία **
 * τυφλούς
 * κωφούς
 * κτλ..

1. απόκτηση σήματος 2. επεξεργασία σήματος 3. έξοδος όπου η έξοδος μπορεί να είναι η επικοινωνία, έλεγχος κάποιων συσκευών, κίνηση κάποιου μέλους του σώματος, κτλ.
 * Πως λειτουργεί **



__ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ BCI__
 * επεμβατικό
 * μη - επεμβατικό

__ΣΗΜΑΤΑ ΠΟΥ ΑΦΟΡΑ__ = = = = Προς το παρόν μόνο το EEG προσφέρεται για τους παρακάτω λόγους:
 * ηλεκτροεγκεφαλογραφήματα (EEG)
 * μαγνητοεγκεφαλογραφήματα (MEG)
 * positron electron tomography (PET)


 * Είναι εύκολο να καταγραφεί.
 * Είναι τα σήματα που έχουν μελετηθεί πιο πολύ σε σχέση με άλλα σήματα.
 * Έχει ανακαλυφθεί σχέση ανάμεσα στο EEG και στις κινήσεις.
 * Η πρακτικότητα του EEG στο εργαστήριο και σε ένα περιβάλλον του πραγματικού κόσμου είναι αξεπέραστη.
 * Η συσκευή είναι φορητή και τα ηλεκτρόδια μπορούν εύκολα να τοποθετηθούν στο κρανίο του χρήστη.
 * Επιπλέον, EEG συστήματα έχουν δει ευρεία χρήση σε διάφορους τομείς από την έναρξή του. Ως εκ τούτου, οι τεχνικές και τεχνολογίες για την απόκτηση σήματος μέσω αυτής της μεθόδου έχουν τυποποιηθεί.

__ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΩΝ__
 * Σύμφωνα με το “ σύστημα 10-20”
 * Γράμμα ανα περιοχή
 * F – Μετωπικός λοβός ( Frontal )
 * T – Ινιακός λοβός ( Temporal )
 * C – Κεντρικός λοβός ( Center )
 * O – Ακουστικός λοβός ( Occipital )
 * Αριθμός περιοχής
 * Μονοί αριθμοί – αριστερά
 * Ζυγοί αριθμοί – δεξιά

__ΛΟΒΟΙ__ προσωπικότητα, συναισθήματα. γνώση, σχέσεις, μαθηματικές ικανότητες, βραχυπρόθεσμη μνήμη. όραση, χρώματα, σχήματα και κινήσεις. ομιλία και ακοή, κατανόηση γλώσσας, μακροπρόθεσμη μνήμη.
 * Μετωπικοί λοβοί**
 * Κεντρικοί λοβοί**
 * Ινιακός λοβός**
 * Ακουστικός λοβός**




 * Εφαρμογές**
 * Συστήματα βοήθειας για άτομα με αναπηρία
 * Επικοινωνία
 * Διασκέδαση / παιχνίδια
 * Έλεγχος - παρακολούθηση συσκευών
 * Ανάγνωση και γραφή
 * Εφαρμογή σε Web browser
 * Κίνηση μελών σήματος
 * Στο στρατό
 * Νευρο-προσθετική
 * Στην ιατρική


 * Χρήση στο γνωστικό σχεδιασμό**
 * Εκτός από τη χρησιμότητα των συσκευών (look-and-feel) που κατασκευάζουν οι γνωστικοί σχεδιαστές, πλέον θέλουν να προσθέσουν στη διαδικασία του σχεδιασμού τους και την εξερεύνηση των πνευματικών καταστάσεων των χρηστών (think-and-feel). Η ανάγκη αυτή προέρχεται από τη θέλησή τους να αναπτύξουν κατασκευές που θα έχουν ως βάση τη διασκέδαση και τα διάφορα αισθήματα, ώστε να επιτύχουν βελτιωμένες ικανότητες λήψης αποφάσεων και αυτο-ελέγχου των συμπεριφορών από τους μαθητές. **
 * Συνεπώς, μία λύση για την κατασκευή τέτοιων περιβαλλόντων είναι η χρήση συστημάτων BCI. Υπάρχουν ήδη κάποιες τέτοιες συσκευές στην αγορά, όπως το [|Mindset] του Neurosky, το οποίο έχει κατασκευαστεί ώστε να ανιχνεύει αλλαγές στη διανοητική εστίαση/χαλάρωση με αξιοπιστία. **
 * Επίσης, υπάρχει και το Νέο Προσωπικό Ασύρματο Σύστημα NeuroFeedBack, το οποίο καταγράφει τις αντιδράσεις των χρηστών σε διάφορα ερεθίσματα: **

Το διάγραμμα αυτό καταγράφει και παρουσιάζει όλες τις τρέχουσες τεχνολογίες που υπάρχουν και σχετίζονται με το Brain Computer Interface. Συνεχώς ανανεώνεται με νέα στοιχεία και αποτελεί την πλήρως διαδεδομένη πηγή αναφοράς ως προς το ποια είναι τα πιο σύγχρονα εργαλεία που χρησιμοποιούνται σε αυτό τον τομέα.
 * Hype Cycle του Gartner**



=Videos= media type="youtube" key="93p7oDkA5WA" height="385" width="480" media type="youtube" key="R-tNE-y2QU0" height="385" width="640" media type="youtube" key="oJ-HD4uIKdc" height="385" width="480" media type="youtube" key="NlUPFpZswJk" height="385" width="480" media type="youtube" key="suKTlrzaU9g" height="385" width="480" media type="youtube" key="bx__8XmMiv0" height="385" width="480" media type="youtube" key="CJDtIph4aZA" height="385" width="640" media type="youtube" key="5_1RlfdIwBU" height="385" width="640" media type="youtube" key="Y8TEsoti3EI" height="385" width="480" media type="youtube" key="8aYOfXf0Sz0?fs=1" height="385" width="640"

η πρώτη εφαρμογή BCI στην Ελλάδα media type="youtube" key="Zzra_VWEuqY" height="385" width="480"

__Μειονεκτήματα του BCI__
 * Ο εγκέφαλος είναι εξαιρετικά περίπλοκος. Δεν μπορούμε να πούμε ότι όλες οι σκέψεις ή ενέργειες είναι αποτέλεσμα απλών ηλεκτρικών σημάτων στον εγκέφαλο. Υπάρχουν περίπου 100 δισεκατομμύρια νευρώνες στον εγκέφαλο. Κάθε νευρώνας στέλνει και λαμβάνει συνεχώς σήματα μέσω ενός πολύπλοκου ιστού συνδέσεων.
 * Το σήμα είναι αδύναμο και επιρρεπής σε παρεμβολές. Το EEG μετράει τις μικροσκοπικές τάσεις. Κάτι απλό όπως το να αναβοσβήνει τα βλέφαρα του κάποιος μπορεί να δημιουργήσει πολύ ισχυρότερα σήματα. Βελτιώσεις σε EEGs και εμφυτεύματα θα ξεπεράσει κατά πάσα πιθανότητα το πρόβλημα αυτό σε κάποιο βαθμό στο μέλλον, αλλά προς το παρόν, η ανάγνωση σημάτων του εγκεφάλου είναι σαν μια κακή τηλεφωνική σύνδεση.
 * Ο εξοπλισμός για το EEG είναι παραπάνω από φορητός. Ωστόσο, κάποια BCIs εξακολουθούν να απαιτούν ενσύρματη σύνδεση με τον εξοπλισμό, και εκείνα που απαιτούν ασύρματη επικοινωνία απαιτούν υπολογιστή που μπορεί να ζυγίζει πολλά κιλά.

__Μέλλον και BCI__ Το BCI εξαρτάται από μια διεπιστημονική συνεργασία μεταξύ νευροεπιστημόνων, μηχανικών, προγραμματιστών υπολογιστών, ψυχολόγων και ειδικούς αποκατάστασης.

Οι προοπτικές για τον έλεγχο των υπολογιστών μέσω των νευρικών σημάτων είναι πράγματι δύσκολο να εκτιμηθούν, διότι στον τομέα της έρευνας είναι ακόμη στην αρχή.

Αν η πρόοδος του 21ου αιώνα μοιάζει με την πρόοδο των τελευταίων δεκαετιών, τότε …κάποια μέρα θα καταλήξουμε οι υπολογιστές μας να έχουν αισθητήρες σήματος και για αναγνώριση σκέψης και μάλιστα το λογισμικό θα είναι ενσωματωμένο, όπως το πληκτρολόγιο και το ποντίκι!!!

=Παρουσίαση=

= = = = = = =Βιβλιογραφία= Brain-Computer Interface, Anirudh Vallabhaneni, Tao Wang and Bin He University of Illinois at Chicago, Illinois Department of Biomedical Engineering, University of Minnesota, Minneapolis, Minnesota

Brain–Computer Interface Technology: A Review of the First International Meeting Jonathan R.Wolpaw //(Guest Editor)//, Niels Birbaumer,William J. Heetderks, Dennis J. McFarland, P. Hunter Peckham, Gerwin Schalk, Emanuel Donchin, Louis A. Quatrano, Charles J. Robinson, and Theresa M. Vaughan //(Guest Editor),// IEEE TRANSACTIONS ON REHABILITATION ENGINEERING, VOL. 8, NO. 2, JUNE 2000

Recent Advances in Brain-Computer Interfaces Ulrich Hoffmann, Jean-Marc Vesin, Touradj Ebrahimi Signal Processing Institute Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL), Switzerland

RECENT ADVANCES IN BRAIN-COMPUTER INTERFACES Touradj Ebrahimi Signal Processing Institute Swiss Federal Institute of Technology, Lausanne IEEE 2007 MMSP Workshop October 3rd, 2007

Real-World Applications for Brain–Computer Interface Technology IEEE TRANSACTIONS ON NEURAL SYSTEMS AND REHABILITATION ENGINEERING, VOL. 11, NO. 2, JUNE 2003

__links__
 * 1) []
 * 2) []
 * 3) @http://newvaluestreams.com/wordpress/?cat=3
 * 4) @http://www.fastcompany.com/blog/cliff-kuang/design-innovation/infographic-day-hype-cycle-computer-interface-design