Agykutatás

Kollaboratív problémamegoldásra alkalmas agy–agy-interface

2019. JANUÁR 30.

Közvetlen, non-invazív agy–agy-interface-t fejlesztettek a University of Washington és a Carnegie Mellon University neurológus és számítógépes szakemberei. A BrainNet névre keresztelt módszer kettőnél több személy bevonásával teszi lehetővé a kollaboratív problémamegoldást. „Többé már nem a science fiction területére tartozik a direkt gondolatátvitel: létrejött az agyak szociális hálója”, írja a BrainNet-tanulmányt ismertető MIT Technology Review.

Az elmúlt években fizikusok és idegkutatók számos olyan eszközt fejlesztettek, ami érzékel bizonyos fajta gondolatokat, és ezekről információt továbbít más agyakba, azaz korábban is megvalósult már az agy–agy-kommunikáció. Azonban mindez eddig csak két ember között volt lehetséges, a működéséhez fizikai mozgásra volt szükség, vagy invazív módszereket alkalmazott, azaz nem tudta modellezni a való életbeli kommunikációt. A BrainNet viszont csoportos kommunikációt tesz lehetővé, működéséhez nincs szükség fizikai mozgásra és non-invazív eszközöket használ.

Tanulmányukban - BrainNet: A Multi-Person Brain-to-Brain Interface for Direct Collaboration Between Brains – a kutatók kifejtik: a közvetlen agy–agy-interface (direct brain-to-brain interface/BBI) egy olyan módszer, ami képalkotó és agyi stimuláló módszereket használ az agyból történő információ-szerzésre és az információnak egy másik agyhoz történő továbbítására. Az első humán közvetlen agy–agy-interface elektroenkefalográfot (EEG) és transzkraniális mágneses stimulációt (TMS) használva a „Küldő” motoros intenciójának jeleit detektálta, majd küldte tovább a „Fogadó” motoros kérgébe, így az információ küldőjéből és a fogadójából álló egység végre tudott hajtani egy vizuális–motoros feladatot (Rao, R. P. N. et al. A direct brain-to-brain interface in humans. PLOS ONE). Ezt a jelen tanulmány szerzői először úgy fejlesztették tovább, hogy a Küldő és a Fogadó ismétlődő (iteratív) információcsere révén képesek voltak azonosítani egy ismeretlen tárgyat, és kiválasztani azt egy listából (Stocco, A. et al. Playing 20 questions with the mind: Collaborative problem solving by humans using a brain-to brain interface. PLOS ONE).

A BrainNet jelenlegi formájában két Küldő és egy Fogadó kommunikációját teszi lehetővé, azonban több Küldő is beilleszthető a rendszerbe (a korlátot a rendelkezésre álló EEG és TMS eszközök mennyisége jelenti). A proof-of-principle vizsgálatban a három személy három különböző szobában foglalt helyet, és nem volt lehetőségük hagyományos módon kommunikálni egymással. A triádnak közösen kellett megoldania egy Tetris-hez hasonló feladatot, amiben a képernyőn lehulló négyzetekből álló blokkot úgy kellett forgatni, hogy az illeszkedjen a képernyő alján ábrázolt mintázatba (ehhez vagy 180 fokkal fordítani kellett rajta vagy változatlanul hagyni). A két EEG-vel ellátott Küldő a teljes képernyőt látta, míg az EEG-vel és TMS-sel egyaránt ellátott Fogadó csak a képernyő felső felét. A Küldőknek kellett eldönteni, hogy kell-e forgatni a lehulló blokkot, majd az információt megkapó Fogadó volt a végrehajtó személy (forgat vagy változatlanul hagyja a blokkot).

A Küldő a következőképpen tud jelezni: képernyője két oldalán két különféle frekvenciájú LED van, az egyik 15 Hz, a másik 17 Hz frekvenciájú fényt bocsát ki. A Küldő kontrollálhatja az EEG által detektált jel frekvenciáját aszerint, hogy melyik LED fényét nézi: a 15, illetve a 17 Hz-es frekvencia az EEG-jeleken is megmutatkozik (steady state visually evoked potential/SSVEP). Ha az EEG 15 Hz-es jelet észlel az agyban, az elmozdít egy kurzort a képernyő egyik oldala felé, és ha a kurzor odaér az adott oldalhoz, jelet küld a Fogadónak: a blokkot fordítani kell (a jel egyetlen fényfelvillanás/phosphene). A másik frekvencia a kurzort a másik irányba mozdítva a „ne forgasd” üzenetet továbbítja.

A Fogadó (aki látja a blokkot, de azt nem, hogy hogyan kellene forgatni, mert nem látja a képernyő alját) feladata a következő: amikor a TMS-en keresztül megkapja a jeleket a Küldőktől, integrálja azokat, és az EEG-n keresztül végrehajtja a feladatot. Azonban egy alapvető fontosságú lépés is be van illesztve: még egy kör információ-csere. A Küldők ugyanis látják, hogy a Fogadó jól hajtotta-e végre a feladatot – a lehulló blokk ekkor félúton van – és újraküldik az információt, aminek fényében a Fogadó módosíthat. Némelyik Küldő azonban megbízhatatlan: 16 üzenetből tízszer helytelen információt küld (összesen 15 triád szerepelt a vizsgálatban, minden triád 16-szor végezte el a feladatot), azaz megjelenik a valódi szociális helyzetekben gyakori hiba megfelelője. Arról a Fogadók kapnak visszajelzést, hogy sikeres volt-e a forgatás (képernyőjükön megjelenik egy felirat), így a kutatók azt is vizsgálhatták, hogy ennek tükrében a Fogadók képesek-e észrevenni, ha az egyik Küldő üzeneteit érdemes figyelmen kívül hagyni.

Mint kiderült, az agy–agy-interface használatával megoldható a kollaboratív probléma-megoldás: a tetrisz-játék össz-eredményessége 81%-os volt, és a Fogadók megtanulták a jó és rossz Küldők azonosítását, továbbá a rossz Küldők üzeneteinek figyelmen kívül hagyását. A kutatók kifejtik: elegendő hardware kapacitás esetén a BrainNet alkalmas arra, hogy minden résztvevő egyaránt tudjon küldeni és fogadni is információt, és az internettel összekötött agyak révén megvalósulhat a kooperatív, felhő alapú agy–agy kommunikáció is.


Eredeti közlemény:
Jiang L, Stocco A, Losey DM, Abernethy JA, Prat CS, Rao RP. BrainNet: a multi-person brain-to-brain interface for direct collaboration between brains. arXiv preprint arXiv:1809.08632. 2018 Sep 23.


Szemlézte:
dr. Kovács Bence

HOZZÁSZÓLÁSOK

0 hozzászólás

A rovat további cikkei

Agykutatás

A szerotonin nem csak neurotranszmitter

A szerotonin nemcsak ingerületátvivőként működik, hanem a génexpresszió szabályozásában is részt vesz. E felfedezés következtében jobban megérthetjük a normál agyfejlődést, a pszichiátriai és neurodegeneratív betegségeket, és új terápiás módszereket fejleszthetünk ki.

Agykutatás

A stroke új kezelése

Kutatók egy új terápiás eljárást ismertettek, mellyel csökkenthetőek az agyi infartus okozta károsodások, az elhalt idegek újra növekedhetnek, a kiesett működések helyreállhatnak. Ráadásul az eddigiekkel szemben „a terápia hosszú idővel a stroke után is hatékony” - állítja Gwendolyn Kartje, a cikk első szerzője.

Agykutatás

Új dimenzió a gyógyszerkutatásban: sejten belüli receptorok

Az idegsejteken belüli receptorok is felelősek a szinaptikus plaszticitásért, memóriáért, tanulásért, illetve számos idegrendszeri pathológiáért. A sejtszervecskéken, a citoplazmában és a sejtmag membránján, valamint plazmájában elhelyezkedő intracelluláris, G-fehérjéhez kötött receptorok leírása a depresszió, a szkizofrénia, a fájdalom, az autizmus, a metabolikus reguláció vagy az ischaemiás stroke kezelésének újabb szintje előtt nyit teret.

Agykutatás

Az agyi plaszticitás kulcsa

A felnőtt korban született neuronok jóval a neurogenezis hanyatlása után is hozzájárulnak az agy flexibilitásához, állapította meg a Journal of Neuroscience tanulmánya.

Agykutatás

Az idegrendszer működésének új dimenziója

A központi idegrendszer különböző sejttípusaiban, sőt a sejtek különböző részeiben is eltérő az alapvető mitokondriális funkciók szabályozása, állapította meg a Nature Neuroscience közleménye.

Kapcsolódó anyagok

Hírvilág

Neurojog

Hogyan befolyásolhatják a kognitív idegtudomány legújabb eredményei a jogrendszert?

Hírvilág

Tények és értelmezések az agykutatás terén

A „neurománia” gondját lassan mind többen érzik a humán tudományok terén.

Agykutatás

Humán agyi organoidok

A Nature-ben megjelent eredmények azért jelentősek, mert először sikerült létrehozni reprodukálható, a humán cortex-szel konzekvensen megegyező sejttípusokat ugyanolyan struktúrában tartalmazó mini-agyakat. Az eredmény nyomán meg fog újulni a neuropszichiátriai betegségek és az idegrendszerre ható szerek kutatásának módszertana.

Klinikum

Vajon megváltozik-e az agyunk különböző behatásokra?

HALÁSZ Péter

Ma már nincsenek egyértelmű határok a korábban „funkcionális”-ként és „organikus”(strukturális) -ként elkülönített jelenségek között, és egyre inkább el kell fogadnunk a test és lélek oda-vissza kölcsönhatását az „interakcionalizmus”-t, ahogy Karl Popper nevezte...

Hírvilág

Neurománia - videoelőadás

Raymond Tallis az idegtudományok, különösen az agyi képalkotó eljárások segítségével végzett kutatások helyes értelmezéséről és a "biológizálás" veszélyeiről beszél előadásában. Habár az ideggyógyászati felfedezések segítségével sokat megértettünk az agyműködésről, a kutató szerint még mindig nagyon keveset tudunk az agyról. Tallis kiemelte, hogy az idegtudományok fejlődése ígéretes, de a korunkra jellemző "neurománia", illetve a hozzá kapcsolódó túlzott "biológizálás" tévút...