In che modo la tecnologia cinese di interfaccia non invasiva tra cervello e computer riesce a "tipizzare la mente"?

Nel maggio 2023 è uscita una notizia a cui molti amici potrebbero aver prestato attenzione. I ricercatori dell'Università di Tianjin nel nostro Paese hanno sviluppato un'interfaccia cervello-computer ad alte prestazioni chiamata sistema di interfaccia cervello-computer non invasivo "ultra-large instruction set and high-speed", che ha anche creato il record mondiale per il più grande set di istruzioni per un'interfaccia cervello-computer non invasiva.

Dopo aver letto le notizie precedenti, alcuni amici hanno chiesto: a cosa servono "un set di istruzioni super ampio" e "non invasivo"? Infatti, quando si parla di interfaccia cervello-computer, molti sanno che essa consiste nello stabilire un percorso di connessione diretto o indiretto tra il cervello umano e i dispositivi esterni, consentendo al cervello e alla macchina di comunicare. Per dirla senza mezzi termini, si tratta di analizzare ciò che il cervello sta pensando e trasformarlo in istruzioni che vengono trasmesse direttamente alla macchina. Naturalmente esiste un altro tipo di interfaccia cervello-computer di tipo input, che immette informazioni esterne nel cervello.

Che si tratti di input o di output, si può suddividere in forme invasive e non invasive. Il metodo invasivo è facile da capire. In parole povere, un elettrodo viene impiantato nel cervello. Abbiamo visto cose simili in molti film di fantascienza. Una volta impiantati, gli elettrodi possono raccogliere i segnali elettrici neurali del cervello e poi analizzarli per capire approssimativamente cosa stai pensando. Quindi, ciò che pensi viene codificato e trasmesso, e convertito in istruzioni per la macchina.

L'altro tipo è non invasivo e non richiede l'impianto. Raccoglie segnali esterni al cervello, come l'EEG del cuoio capelluto, e poi li analizza per capire cosa stai pensando. Vendiamo online anche macchinine giocattolo controllate dal cervello, che possono essere comandate tramite il pensiero per muoversi avanti o indietro. Tuttavia, potresti scoprire che l'auto non si muove in avanti quando pensi di muoversi in avanti, e non si muove indietro quando pensi di muoversi indietro. Potrebbe darsi che l'auto si muova in avanti quando pensi a qualcosa di specifico, ad esempio l'auto si muove in avanti quando pensi alla "melanzana" e si muove indietro quando pensi alla patata. Quindi, pensare alle tre verdure fresche significa semplicemente girare in tondo? Bisogna provarlo per saperlo.

Naturalmente si tratta di un giocattolo piuttosto rudimentale. Ma il principio è questo: raccogliere informazioni sull'attività cerebrale dall'esterno della testa. Tuttavia, questa interfaccia cervello-computer non invasiva presenta anche alcuni difetti. È difficile ottenere grandi quantità di informazioni o informazioni più precise e la trasmissione delle informazioni è soggetta a determinati vincoli. Infatti, rispetto ai metodi invasivi, raccolgono i segnali elettrici dei nervi direttamente dal cervello, il che è più diretto. I metodi non invasivi sono esterni, non così diretti e un po' lontani. Per questo motivo, si cerca costantemente di identificare i segnali EEG in modo più accurato e di aumentare la quantità di informazioni che possono essere estratte e trasmesse per unità di tempo. Perché se la quantità di informazioni per unità di tempo è troppo piccola, mi sarà difficile analizzare cosa stai pensando in ogni momento. Se pensi a una patata, penso che stai facendo un passo avanti.

Questo risultato della ricerca scientifica dell'Università di Tianjin consiste nell'utilizzare un set di istruzioni estremamente ampio per trasmettere istruzioni più complesse e precise e trasmettere più informazioni per unità di tempo. Naturalmente, alla base di tutto questo c'è anche il riconoscimento e la distinzione precisi dei segnali EEG. Per dirla senza mezzi termini, rende più facili da usare le interfacce cervello-computer non invasive.

Immagine da Tuchong.com

In realtà questo è molto significativo, perché quando diciamo che vengono posizionati elettrodi invasivi nel cervello, dopotutto c'è un certo rischio, a meno che non sia assolutamente necessario. Vuoi che mi impianti un elettrodo nel cervello solo per giocare con una macchinina telecomandata? Nessuno gioca in questo modo. Ma quello non invasivo è diverso. Ho solo bisogno di indossare qualcosa, di usare un dispositivo indossabile. Ciò amplia notevolmente il campo di applicazione delle interfacce cervello-computer. Proprio come diciamo noi, la tecnologia della realtà virtuale (VR) ci fa sentire che l'esperienza di gioco è fantastica, reale e coinvolgente. Ma il motivo per cui tutti sono disposti a giocarci e usarlo è perché è sufficiente indossare solo casco e occhiali. Se per giocare ai videogiochi VR devi farti un buco in testa, non importa quanto sia bella l'esperienza o quanto sia coinvolgente, non molte persone ci giocheranno. Per questo motivo, le interfacce cervello-computer non invasive si integrano più facilmente nelle nostre vite.

Il team ha utilizzato questa tecnologia anche per dimostrare la “tipizzazione mentale”. Il cosiddetto "mind typing" è in realtà stato studiato da molte persone. Significa che non si scrive con le mani, ma si pensa con il cervello e le parole usciranno. Alcuni di loro immaginano il processo di digitazione, altri utilizzano una tastiera virtuale lampeggiante, come Newlink creata da Musk, ma la sua è invasiva. Esiste anche la tecnica del mind typing, che riconosce le lettere a cui stai pensando immaginando il processo di scrittura. Nel 2021 qualcuno ha pubblicato un articolo su Nature. Immaginando mentalmente il processo di scrittura delle lettere, il riconoscimento è stato visualizzato con un tasso di accuratezza del 99%. Ciò consente ad alcuni pazienti paralizzati di scrivere pensando e anche la velocità di input è molto elevata. Ma anche questa è una tecnica invasiva e richiede l'impianto di elettrodi. Sarebbe fantastico se si trattasse di una tipizzazione mentale non invasiva. Molti di noi oggi utilizzano l'input vocale, ma in futuro potremmo usare l'input mentale, ovvero semplicemente pensare e digitare. Tuttavia, per raggiungere questo obiettivo, ci sono ancora molte innovazioni tecnologiche da realizzare.

Di fatto, il team dell'Università di Tianjin ha ora costruito un sistema tecnologico nazionale di interazione informativa cervello-computer non impiantabile a catena completa, composto da chip, elettrodi, algoritmi e sistemi. I tre indicatori principali, ovvero l'accuratezza del riconoscimento EEG, il numero di istruzioni di controllo e la velocità di trasmissione delle informazioni, hanno raggiunto il livello più alto a livello internazionale. Questo record creato dagli scienziati cinesi dimostra anche che le nostre capacità di ricerca scientifica stanno diventando sempre più forti. Credo nel futuro, con lo sviluppo della tecnologia. Le interfacce cervello-computer non invasive entreranno gradualmente nelle nostre vite e gli scienziati cinesi forniranno ulteriori contributi in tal senso.

Questo articolo è un lavoro supportato dal Science Popularization China Starry Sky Project

Autore: Zhang Yuzhi

Revisore: Ye Sheng (Professore presso l'Università di Aeronautica e Astronautica di Pechino)

Prodotto da: Associazione cinese per la scienza e la tecnologia Dipartimento di divulgazione scientifica

Produttore: China Science and Technology Press Co., Ltd., Pechino Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.