Budeme ovládat psací zařízení biosignály vysílanými z mozku?

Ruben Pellar
10. 4. 2010

Motto: Dolce far niente

Lenost-hnací síla pokroku lidstva

Než Hospodin vyhnal člověka ze zahrady Eden, přisoudil mu tento osud:

„V potu své tváře budeš jíst chléb, dokud se nenavrátíš do země, z níž jsi byl vzat.“ (1. Mojž., 3, 19)

V Bibli se však již nedočteme, že vzpurný člověk dělá vše, aby tento osud zvrátil. Tj. snaží se potit se co nejméně. Jeho konečným cílem není nic menšího než ležet opět pod rajským stromem a nechat si lítat pečené holuby do huby, přičemž člověk vynakládá pokud možno nulovou nebo nule se blížící námahu. Má k tomu stačit pouhá mozková činnost, pomyšlení, přání nebo příkaz.

Člověk k tomu zkouší v podstatě dvě cesty:

  1. Cestu magie. Sem patří různé kouzla, zaříkávadla, využívání nadpřirozených sil atd. Tj. „my neděláme nic, ale přesto se to udělá“. Staří Egypťané vkládali do hrobu význačných zemřelých takzvané ušebti, tj. figurky služebníků, na nichž byl např. nápis: ‚jestliže někdo zemřelého požádá, aby provedl úkol v podsvětí, pak já – služebník – řeknu ‚zde jsem‘ a tento úkol provedu místo něho‘. “ (Lit. 2). Druhé Merseburské zaříkávadlo starých Germánů má přivodit uzdravení poraněné nohy koně: „Knochen zu Knochen, Blut zu Blut, Glied zu Gliedern, so seien sie fest gefügt“ – kost ke kosti, krev ke krvi, úd k údům, nechť jsou pevně sceleny“.

    Ačkoliv je cesta magie málo schůdná, nelze říci, že je neschůdná vůbec: pofoukání rány od maminky a placebo doprovozené vhodnou průpovídkou zjevně působí.
     

  2. Mnohem účinnější však se jeví cesta racionálního poznání přírodních sil, používání nástrojů a strojů. Tak například jedním z prvních nástrojů, které údajně Adam vymyslel, aby se méně namáhal, byl česáček na ovoce. Ostatně ani staří Egypťané se nespokojili s cestou číslo jedna. Egyptským vynálezem je například moderní patentní klíč, jaký dnes používáme k otevírání svých bytů (odemykání a zamykání snadno a rychle). (Tento typ klíče byl zapomenut a znovu objeven mnohem později a nahradil mnohem primitivnější klíče středověké).

    Nejzazší metou je tu ovšem automatizace, „my neděláme nic, ono se to dělá samo“: na strom nevyleze, rajské ovoce neutrhne respektive létající pečené kuřátko nechytí a nedonese línému Adamovi ušebti, ale dálkově ovládaný šplhací či létací robot.

    Písařův sen: nehnout prstem. Snahy v oboru tvorby a zpracování textu o snížení pracnosti

    V tomto článku se však chci zabývat bodem, který možná bude na cestě číslo dvě dosažen v oboru, který nás zajímá: totiž tvorby a zpracování textu (což je předpokládám náplní INTERINFO)

    Klávesnice jako pravděpodobně nejrozšířenější psací nástroj, paměť počítače jako pravděpodobně nejrozířenější nosič psaním vytvořeného záznamu

    Pomineme-li dávnou, pracností poznamenanou minulost (vysekávání nápisů do skal, rytí do hliněných tabulek a používání husího brku a pergamenu), vytváří se a zpracovává v současné době text pomocí nejčastěji pomocí počítačem podporovaného zápisu s pomocí klávesnice ať už standardní, či stenografické (zanedbávám samozřejmě mechanické nástroje jako je psací pero, rozpoznávání hlasu (speech to text), rozpoznávání písma počítačem (text to speech) a další metody. Přenos textu z mentální podoby na nosič informace se tu děje prostřednictvím mechanické práce ruky nebo rukou (v případě rozpoznávání řeči tvořené prácí hlasivek).

    Myšlenka přímého přenosu textu z mozku člověka do počítačové paměti – historie a současnost

    Omezím li se na český kontext (upřímně řečeno jiný neznám[1]), objevuje se však osmdesátých letech minulého století myšlenka přímého převodu mozkových signálů, bez zprostředkování mechanické práce rukou, na text.

    Tomuto tématu se věnují některá z autorských osvědčení PhDr. Jana Jelínka z osmdesátých let.

    Tak například jeho autorské osvědčení č. 180436, zveřejněné 29. 04. 77 a vydané 15. 08. 79 (Lit. 4) definuje podstatu vynálezu takto:

    „Podstatou vynálezu je, že zařízení sestává z biosignálního zařízení, opatřeného …. biopotenciálním panelem, umístěným na vhodné části lidského organismu, kteréžto biosignální zařízení je přímou a zpětnou vazbou propojeno s ….. psacím a ovládacím zařízením, audiovizuálním zařízením a samočinným počítačem, přičemž tato zařízení jsou spojena prostřednictvím smyslových a biopotenciálních orgánů s příslušnými zónami lidského mozku.“ (tučně vyznačil RP) (Lit. 4).

    Na toto, či jiné autorské osvědčení Dr. Jelínka jsem narazil při své práci patentového rešeršéra ve zmíněných osmdesátých letech a nutno říci, že jsem k němu byl (a jsem dosud) skeptický, obsahuje totiž příliš mnoho neznámých, tím spíše, že jsem na jednom ze svých příštích pracovišť (pracoval jsem tu jako písař) slyšel pochybující kritický názor na takovéto zařízení. Na daném pracovišti by to bývali měli vědět: jednalo se o Fyziologický ústav ČSAV, kde mj. zkoumali mozkovou činnost pokusných zvířat snímáním bioelektrické aktivity mozku s využitím implantovaných elektrod. Výzkumnice, jíž jsem se dotazoval na realizovatelnost některého zařízení Dr. Jelínka poukazovala na komplexnost bioelektrické aktivity mozku a obtíž při oddělení těch správných signálů.

V roce 2002 však v textu „Neural typing-How will computation and communication change our everyday lives“ shrnuje Rodney Brooks shrnuje stav poznání o možnostech přímého propojení mozku s psacím zařízením (vybaveným počítačem), přičemž uvažuje tok informací v obou směrech (mj. upozorňuje na kochleární implantát, který umožňuje vstup informací do mozku):

A few quadriplegics have direct neural connections to computer interfaces so that they can control a mouse and even type. As progress is made with these silicon/neural interfaces, pushed along by clinical pressures to cure those who are impaired, we can expect more and more „plastic surgery“ applications. A direct neural typing interface first perhaps, and later data going the other way directly from the network into our brains. There are considerable challenges to be met in understanding neural „coding“ to do this, but the clinical imperative is pushing this work along.

(Pár ochrnutých má přímé nervová spojení s rozhraními počítačů, takže mohou ovládat myš a dokonce psát na klávesnici). Tak, jak pokračuje rozvoj těchto křemíkových/neurálních rozhraní, která jsou tlačena dopředu klinickým úsilím vyléčit handicapované, můžeme očekávat stále více aplikací „plastické chirurgie“. Jak první pravděpodobně rozhraní pro pro přímé nervové „psaní na stroji“ (tj. do počítače, pozn. RP) a později data jdoucí opačným směrem přímo ze sítě (myslí se zjevně počítačové sítě, respektive internet, pozn. RP) do našich mozků. Pro pochopení nervového „kódování“, abychom toto dokázali, je třeba zvládnout značné překážky, ale klinický tlak posouvá tuto práci kupředu.)

Konkrétní realizace v současné době

Píšeme však rok 2010 a hle, zdá se, že zařízení využívající přímého propojení bioelektrických signálů mozku s psacím zařízením je alespsoň částečně realizováno. Můžeme rozlišit dvě zařízení:

1) Snímací – vysílací zařízení je uloženo v mozku člověka

Jedná se v daném případě o přímý převod myšlenek na mluvenou řeč (thought-to-speech). O něm tom podává zprávu text (Lit. 7), popularizující výsledky dosaženém týmem, vedeným Frankem Guentherem (Department of Cognitive and Neural Systems and the Sargent College of Health and Rehabilitation Sciences, Boston University) společně s dalšími vědeckými pracovišti.

jehož anotace zní takto:

By implanting an electrode into the brain of a person with locked-in syndrome, scientists have demonstrated how to wirelessly transmit neural signals to a speech synthesizer. The „thought-to-speech“ process takes about 50 milliseconds – the same amount of time for a non-paralyzed, neurologically intact person to speak their thoughts. The study marks the first successful demonstration of a permanently installed, wireless implant for real-time control of an external device.

(Implantováním elektrody do mozku osoby se syndromem uzamčení demonstrovali vědci přenos nervových signálů do řečového syntetizéru. Proces „převod myšlenek na řeč“ trvá asi 50 milisekund – stejnou dobu jako tvá přeměna myšlenky na řeč u neochrnuté, neurologicky intaktní osoby. Studie podává zprávu o první úspěšné demonstraci použití trvale instalovaného bezdrátového implantátu externího zařízení. Mozkové signály snímané z implantované elektrody v motorické kůře, v oblasti, kde řídíme tvorbu řeči, se převádějí pomocí VKV radiových vln mimo mozek a tělo do neurálního dekódéru, který pak mění signály na řečové příkazy řečovému syntetizéru.)  – Mimochodem se tu fakticky využívá rádiových vln, o nichž, byť satiře, uvažoval Chaplin.

Implantované zařízení můžeme samozřejmě uvažovat i u zcela zdravého člověka.

Zařízení vyvinutému bostonským týmem byl letos na jaře věnován i jeden program televizního pořadu Milenium, v němž na dotazy redaktorky odpovídali čeští neurofyziologové František Koukolík a Josef Syka. Na rozdíl od skeptického Koukolíka vyslovuje Syka hypotézu, že zařízení, které dosud dokáže snímat pouze samohlásky, může být do cca pěti až deseti let vyvinuto k plné funkčnosti.

2) Snímací zařízení je uloženo mimo mozek člověka

Zatímco zařízení ad 1) je ve stadiu vývoje, existují již komerčně dostupná zařízení, kdy je snímací zařízení uloženo mimo mozek člověka. Využívá se však nejen snímání bioelektrických signálů mozku, ale i snímání svalových stahů (jakési „psaní mimikou“) a snímání očních pohybů, „psaní očima“ (eye-writing), případně pohybů částí těla. Nepoužívají se však k tvorbě syntetické reči, ale k ovládání kláves, respektive počítačové myši.

Adam Šoltys popisuje ve svém článku (Lit. 6) kromě dalších dvě taková zařízení, která se prozatím komerčně využívají především při hraní počítačových her. Prvním z nich je

Neural Impulse Actuator (NIA)

Jedná se o jakousi čelenku, kterou vyrábí firma OCZ. Čelenka je vybavena speciálními senzory sledujícími mozkovou aktivitu. Získané signály putují do kalibračního zařízení, které pak posílá data přes USB do počítače, kde jsou softwarově zpracována a mohou nahradit stisky kláves či myši.
NIA byla představena na veletrhu výpočetní techniky CeBIT,  kde bylo zařízení předváděno na akční počítačové hře Unreal Tournament 3. Hráči se vůbec nepotřebovali dotýkat klávesnice, pouze museli mít při ruce myš k otáčení svého pohledu. Na vše ostatní jim stačilo pouze pomyslet.

Zařízení lze koupit i u nás a inzerují je různé internetové obchody.

Na stránkách Alza.cz, kde je zařízení dnes možno koupit za 2.339 Kč včeně DPH, se výslovně píše:

Revoluční zařízení pro ovládání PC, které zastupuje klávesnici prozatím hlavně v herní oblasti. Funguje na principu snímání biometrických signálů (mozkové aktivity, očních a obličejových svalů) čelenkou se senzory, která je předává zařízení, co signály zpracuje a podle Vašeho nastavení, které jste provedli při kalibraci, provede danou akci. Lze tak hrát např. FPS hry bez potřeby klávesnice, pouze s myší, kterou je stále nutné mířit. Střelba, pohyb, skoky, výměna zbraně apod. úkony lze ovládat mozkem. Můžete tak dosáhnout daleko lepších výsledků a reflexů.

K úspěšnému využívání zařízení NIA je třeba provést individuální kalibraci (…) Postupně si osvojíte ovládání směru pomocí imaginárních joysticků, poté tzv. brainfingers, které fungují jako události. Spolehlivé zvládnutí pokročilejších technik vyžaduje zvyk a trénink, se kterým Vám pomůžou jednoduché minihry přímo v softwaru. Po ovládnutí zařízení už si můžete definovat a ukládat své herní profily, kdy na různé mozkové příkazy si přiřazujete libovolné klávesy na klávesnici. Zařízení tak může mít využití i při běžném používání PC, kdy můžete nahradit běžné kombinace kláves. (označil tučně RP)

Další informace o OCZ Neural Impulse Actuatoru najdeme v Lit. 5.

Druhé zařízení se jmenuje

EPOC

Jedná se o výrobek kalifornské společnosti Emotiv, ještě dokonalejší než NIA. Zařízení v podobě futuristické helmy staví na podobném principu jako to výše uvedené, ale je mnohem propracovanější a dokáže reagovat na přímé myšlenky a pocity uživatele místo toho, aby je převádělo do impulzů nahrazujících stisky kláves. Zařízení se již také prodává (Šoltys píše ještě, že se jedná teprve o prototypy). Z Šoltysova textu vyjímám:

„Pomocí mimiky obličeje tak můžete třeba ovládat pohyb kolečkového křesla. Záleží na individuálním nastavení – úsměv může znamenat pohyb vpřed, zavření pravého oka otočení doprava apod. Dále je zařízení schopno vnímat vaše emoce, což při hraní her může vyústit například v ovlivnění zobrazeného spektra barev a hudby na pozadí. Pro hráče fantasy her (a nejen pro ně) bude tento přístroj doslova revoluční – stačí pomyslet a vaše postava na obrazovce udělá přesně to, co chcete. Je libo zvednout kámen silou vůle a odhodit ho ve stylu rytíře Jedi? S EPOC od Emotiv to není žádný problém.“

Šoltys předpokládá, masové rozšíření takovýchto přístrojů větší tlak na jejich zdokonalení a snížení ceny. Vidí v této technologii způsob ovládání počítače, který by mohl zcela nahradit klávesnici a myš. Na svých stránkách ostatně už společnost Emotic (www.emotic.com) zmiňuje možnost ovládání „mentální klávesnice“. (Z reklamního textu firmy vyjímám: „Life changing applications for disabled patients, such as controlling an electric wheelchair, mind-keyboard, or playing a hands-free game“, tj. Aplikace měnící život invalidních pacientů, jako například ovládání elektrického vozíku, ovládání klávesnice myšlenkami nebo hra her bez pomoci rukou.)

Je samozřejmě nutné si uvědomit, že některé zde uváděných inormací mají reklamní charakter a je k nim třeba být kritický. Na druhé straně by bylo třeba přesně zodpovědět následující otázky:

Otázky teoretika a praktika psaní

  1. Jak rychle je možno „mind typing“ provádět?
  2. S jakou přesností je možno je provádět?
  3. V jakém rozsahu je možné v současné době – kolik funkcí, písmen, kláves, pojmů, sousloví či vět může být v repertoáru naší „mind typing technology“?
  4. Lze „mind typing“ úspěšně začlenit do stávajících způsobů psaní alespoň jako doplňkové zařízení?  Jestliže ano, v jakých případech by bylo jeho použití výhodné?
  5. Jaké výhody a nevýhody má takové zařízení ve srovnání se stávajícími podobami psaní ? (klávesnice ať už klasická či stenografická, grafický těsnopis (shorthand), tradiční grafické písmo (longhand).
  6. V jaké časové perspektivě lze očekávat zavedení „mind typing“ do běžné praxe, je-li vůbec reálné?
  7. Jaké jsou ekonomické aspekty současného stavu a budoucího stavu? 

Seznam použité literatury

  1. Brooks, Rodney: „Neural typing-How will computation and communication change our everyday lives“ http://www.kurzweilai.net/articles/art0394.html?printable=1.2002.
  2. Coppens, Filip: Vlámský egyptolog v Praze. Deset let zkušeností a zážitků na Univerzitě Karlově a v nekropoli v Abúsíru.(Přednáška proslovená dne 4. 2. 2010 v Praze v restauraci „Krásný ztráty“.)
  3. Chaplin, Charles: Můj životopis. Praha, Academia 2000.
  4. Jelínek, Jan: Autorské osvědčení č. 180436. Psací, ovládací a počítací zařízení pro tvorbu, přenos a psaní signálů abecedně číselných znaků. Praha, Úřad pro vynálezy a objevy 1979.
  5. Ovládejte hry mozkem. OCZ NEURAL IMPULSE ACTUATOR. Extra PC. červenec-srpen 2009, s. 26.
  6. Šoltys, Adam: Poznejte alternativní způsoby ovládání počítače. PCWorld. Hardware. 9. 3. 2009.
  7. Zyga, Lisa: Machine Translates Thoughts into Speech in Real Time. http://mpcollab.org/MPbeta1/node/2021. December 21, 2009.   

[1] Ne tak docela: Charlie Chaplin píše ve svém životopise: „Už v roce 1916 jsem měl plno nápadů na celovečerní filmy. Jeden z nich byla cesta na Měsíc, …. Byla by to bývala satira na pokrok. Myslel jsem tenkrát na krmicí stroj a na radioelektrickou přílbu, která registrovala myšlenky (tučně vyznačil RP), … Krmicího stroje jsem pak využil v Moderní době“ (Lit 3, s. 215). Vynálezy se objevují někdy před vlastní realizací mnohem dříve jako myšlenka,  která má podobu zázraku, bezmocné touhy, nedostatečně fungujícího technického řešení, žertu či parodie. Myšlenky cesty na Měsíc (objevující se již v díle Cyrana de Bergeraca v roce 1657), krmicího stroje a přilby snímající myšlenky však byly také technicky realizovány, cesta na měsíc v roce 1969, krmicí stroj např. v podobě kapaček na jednotce intenzivní péče a přílba registrující myšlenky zatím v nedokonalé podobě elektroencelografu.

Zaujal tě článek? Sdílej.