40019

Urządzenie elektryczne

Dla fizyków biomedycznych mózg to przede wszystkim urządzenie elektryczne, które analizuje docierające do niego informacje na zasadzie przetwarzania sygnałów elektrycznych i chemicznych. Każda wykonywana czynność, myśl, ruch, odebrany z otoczenia impuls powoduje zmiany w aktywności elektrycznej mózgu. Można je badać za pomocą elektroencefalografu, który tę aktywność rejestruje i "wypuszcza" jej zapis w postaci elektroencefalogramu, czyli słynnego EEG.

Działanie BCI opiera się właśnie na analizie zmian w sygnale EEG oraz kojarzeniu ich z czynnością, którą chciałby wykonać pacjent. W zmianach sygnału EEG widoczna jest nie tylko faktycznie wykonywana czynność, ale już samo jej wyobrażenie. I nawet jeżeli nerwy odpowiedzialne za sterowanie konkretnymi mięśniami już nie działają, to i tak aktywność elektryczna mózgu zmienia się pod wpływem samej intencji ruchu i pozostawia ślad w zapisie.

Elektrody mogą zarejestrować nie tylko to, co mózg przekazuje odpowiednim częściom ciała, ale również to, co poszczególne organy przekazują do mózgu. I tak na przykład w aktywności elektrycznej mózgu człowieka patrzącego na diodę migającą z częstotliwością np. 30 Hz po chwili można zarejestrować fale mózgowe o dokładnie tej samej częstotliwości. Jeśli zatem ustawiłoby się przede mną tablicę z ciągiem cyfr od 0 do 9, z których każda migałaby z inną, odpowiednio dobraną częstotliwością, ja koncentrując się po kolei na każdej z nich, byłabym w stanie "wykręcić" konkretny numer telefonu.

I teraz najważniejsze: ciąg cyfr można zastąpić dowolną, odpowiednio zaprojektowaną matrycą. - W zasadzie nie ma przeszkód, żeby umieścić na niej strzałki pozwalające sterować wózkiem inwalidzkim na zasadzie komend "skręć w prawo", "skręć w lewo", "jedź do przodu", "zawróć", "hamuj" -tłumaczy dr Rafał Kuś z Zakładu Fizyki Biomedycznej UW. - Jeśli dodatkowo weźmiemy pod uwagę możliwości, jakie daje nam współczesna technologia, możemy zaprojektować matrycę pozwalającą na sterowanie wirtualnym domem - dodaje. Już teraz można przecież wyposażyć mieszkanie w komputer sterujący wszystkimi urządzeniami, od lampki nocnej, poprzez zmywarkę, na centralnym ogrzewaniu skończywszy. Osoby sprawne ruchowo mogą kontrolować taki komputer, korzystając z pilota lub konsoli. Osoby sparaliżowane potrzebują odpowiednio zaprojektowanego i dobranego do ich indywidualnych potrzeb interfejsu. - Wykorzystując aktywność elektryczną mózgu, chory mógłby włączyć lub wyłączyć telewizor, zapalić światło, zamknąć drzwi - mówi fizyk. - Osoby sprawne takim czynnościom w zasadzie nie poświęcają uwagi, podczas gdy dla sparaliżowanych są to zadania niewykonalne - dodaje. Dzięki wykorzystaniu matrycy chory mógłby też komunikować się w ograniczonym zakresie z otoczeniem: przekazać, co go boli, że chce mu się pić. Gdy nie można już nawet poruszać ustami, to niewyobrażalnie wiele.

Słabsze niż bateria

- Jednym z najpoważniejszych problemów, z którym się borykamy, jest amplituda sygnału EEG -tłumaczy dr Kuś. - Aktywność elektryczna mózgu rejestrowana na powierzchni głowy wynosi od kilku do kilkudziesięciu mikrowoltów. "Paluszek", czyli chyba najpopularniejsza bateria świata, ma ok. 1,5 V. Jest więc milion razy mocniejsza.