Грати у ігри силою думки: новий інтерфейс мозок-комп’ютер

Новий інтерфейс мозок-комп’ютер дозволяє керувати іграми силою думки

Дослідники з Єльського університету створили інноваційний інтерфейс мозок-комп’ютер, який дає змогу грати у відеоігри лише за допомогою активності мозку. Завдяки функціональній МРТ в режимі реального часу науковці продемонстрували, що користувачі можуть керувати комп’ютером виключно через нейронні сигнали.

Ключовим відкриттям стало те, що навчання значно полегшується, коли система враховує природні нейронні шляхи мозку. Якщо інтерфейс відповідає його природній організації, користувачі швидше опановують керування, а мозкова активність ефективніше адаптується до процесу. Навпаки, системи, які ігнорують цю структуру, показують незначні результати або взагалі не демонструють покращень.

Перспективи технології

Еріка Буш, перший автор дослідження, зазначає:

«Наслідки цього дослідження дуже широкі — від допомоги людям з руховими або комунікаційними розладами до розробки нових методів лікування депресії та тривоги. Крім того, це відкриває шлях до створення наступного покоління споживчих ігор і технологій. Системи, які враховують природну геометрію мозку, будуть швидшими, ефективнішими та доступнішими».

Проблеми попередніх розробок

Більшість існуючих інтерфейсів мозок-комп’ютер мали обмежену ефективність. Ранні системи на основі фМРТ, які використовували зворотний нейрозв’язок у реальному часі, вимагали до 10 тривалих тренувань. Навіть після цього покращення були незначними, а близько третини учасників не могли опанувати систему незалежно від тривалості навчання.

На думку науковців, проблема полягала в проєктуванні цих систем. Часто вони вимагали від мозку засвоювати неприродні патерни активності. Дослідники припустили, що адаптація зворотного нейрозв’язку до індивідуальної структури мозку могла б значно покращити швидкість і ефективність навчання.

Експеримент та його результати

Для перевірки цієї гіпотези вчені залучили здорових молодих учасників до чотирьох сеансів фМРТ. Під час першого сеансу вони грали у відеогру, керуючи персонажем за допомогою джойстика, а дослідники фіксували активність їхнього мозку, зосереджуючись на областях, відповідальних за навігацію та просторове переміщення.

На основі отриманих даних науковці застосували алгоритм T-PHATE — математичний метод, який визначає природну структуру мозкової активності, відому як «нейронне різноманіття». Використовуючи ці дані, вони створили три різні системи керування грою:

• Інтуїтивне відображення — система, що слідує найсильнішим природним патернам мозкової активності;
• Збурення всередині різноманіття — спирається на менш домінантні, але природні патерни;
• Збурення поза різноманіттям — вимагає неприродних для мозку патернів активності.

Потім дослідники створили замкнену систему, яка аналізувала нові знімки мозку кожні 2 секунди та миттєво перетворювала їх на команди для персонажа в грі. У наступних трьох сеансах учасники пробували керувати аватаром силою думки, тестуючи кожну з трьох систем.

Результати виявилися вражаючими: учасники навчилися керувати персонажем менш ніж за годину, коли інтерфейс відповідав природним нейронним патернам. У деяких випадках це вдавалося навіть швидше. Водночас системи, що виходили за межі природної нейромережі, не були опановані за той самий час.

Реорганізація мозкової активності

Під час навчання мозкова активність учасників реорганізовувалася, щоб краще відповідати вимогам інтерфейсу. Ефективність цієї реорганізації залежала від умов експерименту. Зміни також поширювалися за межі цільових областей мозку, що свідчить про вплив подібного навчання на ширші нейромережі.

На думку дослідників, отримані результати пояснюють, чому одні навички засвоюються легше за інші. Успіх може залежати не лише від зусиль чи здібностей, а й від того, наскільки завдання відповідає природній нейроструктурі мозку.

Майбутні застосування

Результати цього дослідження можуть бути використані для:

• вдосконалення методів лікування депресії та тривоги;
• створення досконаліших інтерфейсів мозок-комп’ютер для людей з обмеженими можливостями;
• розробки нових пристроїв для керування відеоіграми.

Результати дослідження опубліковані в журналі Nature Neuroscience.