Wetenschappers demonstreren via hersenen bestuurde robot

Een groep Zwitserse onderzoekers heeft een methode ontwikkeld om met behulp van gedachten een robot op afstand te besturen. De robot kan zo dienen als avatar op afstand voor een verlamde patiënt, die een sensor op het hoofd draagt.

Er waren al experimenten gedaan waarbij de gedachten van een mens een robot aanstuurden, maar de Zwitsers lieten een echte patiënt, in plaats van een gezonde proefpersoon, de robot besturen. Daarbij was een soort badmuts met sensors voldoende om de hersenen te 'lezen'; eerder was een chirurgische ingreep nodig om sensors in de hersenen te implanteren. De proefpersoon bestuurde de robot vanuit een ziekenhuis op een afstand van honderd kilometer.

De onderzoekers van de ETH of Eidgenössische Technische Hochschule in Zürich laten een computer hersensignalen vertalen in commando's. De proefpersoon, een deels verlamde patiënt, denkt daarbij aan het bewegen van zijn vingers, wat door een laptop wordt vertaald in commando's voor de robot. Om te zware, continue mentale inspanning te voorkomen, blijven commando's van kracht tot een nieuw commando wordt gegeven.

Het systeem werkt met een kleine 'telepresence'-robot van ongeveer dertig centimeter. De met een webcam en een beeldscherm uitgeruste robot kan gebruikt worden om voor de patiënt lastig bereikbare locaties te bereiken of om grote afstanden virtueel te overbruggen. Het zal overigens nog enkele jaren duren voordat het systeem vlekkeloos werkt, aldus een van de onderzoekers.

Reacties (28)

[gamer13]

De 'badmuts' die hier genoemd wordt is dus een kap met EEG sensoren die diffuse actiepotentialen van grote groepen neuronen kan registreren. Door je te concentreren kun je bepaalde vaste patronen "aanleren" als subject zijnde en die vaste patronen worden vervolgens door het systeem gebruikt om de robot aan te sturen.

Het eerste probleem waar ze nu nog tegen aan lopen is die diffuse signalen die ze krijgen. Als gezonde patient moet je volkomen stil zitten, anders interfereren jouw bewegingen met de eigenlijke signalen die je wilt oppikken. Knipperen moet bijvoorbeeld er al uit gefilterd worden met behulp van signaal analyse.

En het tweede probleem in het geval van succesvolle filtering van de signalen is de enorme concentratie die het subject moet ondergaan om één bepaalde commando te kunnen geven. Beeld je in dat je constant denkt aan bijvoorbeeld je rechter been omhoog bewegen om naar rechts te gaan met de robot. Na enkele uren zijn subjecten vaak al doodmoe.

Overigens is het laatste probleem te verhelpen door AI in de robot te implementeren, zoals wall-avoidance en route planning. Hierdoor kan de robot autonoom ook beslissingen maken. Dit lost de vele concentratie op, maar dat creeert weer een nieuw probleem, want áls de robot ergens tegenaan bots, wie is het dan schuld? De robot of het subject?

Als AI'er ben ik in ieder geval benieuwd naar wanneer deze grote problemen worden overwonnen. BCI (Brain Computer Interfacing) is overigens nog een jong terrein waar nog enorm veel onderzoek voor nodig is, dus dat verklaart ook een hoop van de boven genoemde problemen.

[Ger0ne]

Off topic:
Ik denk niet dat de École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) het op prijs stelt dat de eer aan hun concurrent, de ETH in Zürich, wordt gegeven. De 'Neuroprosthetic Control Group' heeft welliswaar in het verleden in Zürich gezeten, maar heeft zich een jaar geleden aangesloten bij het EPFL Center for Neuroprosthetics. Dus ere wie ere toekomt!

On topic:
Dat terzijde loop ik altijd wel echt warm van dit soort berichten. Vind het zo gaaf wat tegenwoordig al mogelijk is. Nu bestaat deze techniek al langer (zelfs game makers zijn erin geïnteresseerd), maar de techniek staat na al die jaren nog echt in de kinderschoenen en wil ook niet goed door ontwikkelen door een aantal beperkingen:

- Slechte SNR:
Je wil deze techniek liefst zo non-invasief maken als mogelijk. Echter gebruikmaken van Electroencephalography (EEG), zoals je hier in deze 'badmuts', geeft een uitermate slecht signaal. Je kampt met bewegingsartefacten en simpelweg doro het feit dat er een schedel tussenzit die enige vorm accuraat meten blocked. Wat je met dit soort signalen op kunt vangen zijn clusters van wel duizenden neuronen. M.a.w. een heel basic signaal in vergelijking met individuele spikes waarmee de neuronen met elkaar communiceren. Dit houdt in dat je maar een enkel eenvoudig signaal kunt ontcijferen uit iemands hersenactiviteit. Een arm/been prothese (laat staan een volledige robot) besturen gaat op deze manier dus niet lukken, enkel eenvoudige systemen met weinig degrees of freedom (DOF) zijn van toepassing.
In het geval van deze rolstoel (toevallig laatst een college over gehad! =O) is de computer instaat om eenvoudige commando's te decoden als: vooruit, links, rechts en stoppen. Waar de vooruitgang in deze EEG technologie zit is met name in het ontwikkelen van betere 'control systems'. Dus in plaats van de hele tijd te denken van: ik wil naar voren, ik wil naar voren, ik wil naar voren. Is het voldoende voor de software om een keer dat 'naar voren' commando te krijgen en dan blijft de rolstoel rijden. Dit scheelt de bestuurder veel cocnentratie vermogen, want hij hoeft nu alleen nog maar aan het "sturen" te denken. Dus samengevat: de ontwikkelingen met EEG zitten met name in het ontwikkelen van betere control systems en niet zozeer in direct meten van het signaal, sinds dit niet sterk verbeterd kan worden.

-Biocompatibility
Een oplossing om meer DOF te kunnen ontcijferen uit de hersenactiviteit, is mogelijk als je meer invasief gaat meten. Electrocorticography (ECoG) maakt net als bij EEG gebruik van een badmuts electrode array, maar die wordt nu direct over de hersens gelegd (heb maar geen plaatjes gelinkt voor mensen met een zwakke maag). Dit verhoogd drastisch de kwaliteit van het signaal! Wil je nog nauwkeuriger meten, dan stap je naar Single-unit recording toe. Hierbij gebruik je een chip zo nog kleiners dan een 1 cent munt waar honderden tot wel duizend naald electrodes opzitten. Hiermee ben je instaat om individuele neuron spikes te meten.
Echter, zul je wel denken, wat is de catch achter zo accuraat kunnen meten? Nou je kunt wel begrijpen dat je voor beide technieken iemands schedel open moet zagen, wat wel degelijk als invasief beschouwd wordt. Maar goed, we hebben goede neurochirurgen tegenwoorden en bijv. patienten met een volledige verlamming hebben dit er vaak wel degelijk voor over. Het punt wat ik echter wil overbrengen is dat de techniek wel heel erg ver is, maar het lichaam dit gefrutsel in onze hersenpan niet accepteert. Biocompatibiliteitt speelt hier een enorme rol. Je lichaam stoot dit soort electrodes namelijk na een bepaalde tijd af. Er begint zich na inplanting litteken weefsel rondom de electrodes te vormen die het signaal uiteindelijk volledig zullen dempen. Dit soort studies leveren vaak uitmuntende resultaten, met mensen die in gedachten een robot arm met wel 6 DOF of meer kunnen aansturen. Echter..... dit werkt maar maximaal een jaar en meestal nog korter en dan meten je electrodes niks meer.
Deze techonologie wordt op het moment enorm geremd door de biocompatibiliteits beperkingen. En eerlijk gezegd zie ik hier ook geen vooruitgang in komen de komende jaren zolang dit probleem niet aan wordt gepakt. Onderzoek in biocompatibility coatings is de way to go in dit vakgebied, want anders staat de ontwikkeling gewoon stil.

All in all wil ik met dit betoog zeggen: echt super interessant dit soort berichten, maar neem ze met een flinke korrel zout. Ja het lijkt allemaal ontzettend futuristisch wat hier gebeurt, maar in werkelijkheid staat de technologische vooruitgang in Brain Machine Interfacing (BMI) al jaren praktisch stil. Aan de andere kant, dit soort publiciteit is wel heel belangrijk, omdat het een hoop geld binnen kan brengen. Wat ontzettend nodig zal zijn, wil je de biocompatibiliteits problemen aan pakken. Doe je dat niet, dan zul je als het ware niet veel verder komen dan met een rolstoel rondjes rijden in het park.

[Reactie gewijzigd door Ger0ne op 23 juli 2024 19:51]

[LiquidT_NL]

Prachtige technologie. Hoewel ik niet zo van de doemdenkerij ben, ben ik ook wel bang hoe het zal gaan als dit soort technologie mainstream wordt. De toepassingen zijn geweldig, maar hoe gaan we dat doen als straks een Breivik zo'n ding heeft, of wat dan ook.

Hoe dan ook, klinkt alsnog als een mooie technologie!

[Fealine]

Wat is in dit geval het verschil met een robot die via een normale interface via een PC wordt bestuurd?

Het doem denken wat jij doet is momenteel al makkelijk haalbaar (zie drones technologie), het enige wat dit toevoegd is de mogelijkheid om te kunnen besturen met de hersenen ipv een reguliere interface.

In jouw voorbeeld lijkt mij dat Breivik eerder de voorkeur heeft aan een keyboard en muis ipv via hersen besturing.

@Joppiesaus2: Ik refereerde naar drones technologie als in, het besturen van een 'robot' op afstand.
Mainstream of niet, mijn punt blijft..... het kunnen besturen via de hersenen heeft geen toegevoegde waarde voor een persoon als Breivik.

[Reactie gewijzigd door Fealine op 23 juli 2024 20:36]

[De_Held]

Om hier even op te reageren, het gaat niet om de middelen die de mens heeft, maar de intentie. Als je op deze manier denkt is technologische vooruitgang helemaal niet meer te realiseren. Met andere woorden, als iemand een steekje los heeft en 100 mensen wil vermoorden, gaat dat zonder twijfel lukken. Met of zonder bepaalde hulpmiddelen.

Wat mij ergert aan deze maatschappij is dat wij vaak de hulpmiddelen zien als oorzaak van zulke wandaden en daardoor bepaalde technologische ontwikkelingen als slecht zien terwijl het de mens is die ze slecht gebruikt.

Het is weer een ander verhaal om bepaalde technologische ontwikkelingen te kwalificeren als slechte toepassingen van goede ideeen. (Denk hierbij aan weaponized tech zoals landmijnen, atoombommen, reaperdrones in bepaalde mate). Hier geldt immers dat deze uitgevonden zijn met de pure intentie om mensen te doden en verminken.

[Joppiesaus2]

Liquid heeft het over mainstream. Een reaper drone kan je nog niet bepaald mainstream noemen(15 mln per stuk, bron: http://en.wikipedia.org/wiki/General_Atomics_MQ-9_Reaper). Of bedoelde je dat niet?

[Pseud0n]

Voor zo'n € 500 kan je al DIY Drones kopen hoor. Met R/C, GPS, camera,... Ik denk dat dit meer de denkpiste is van Fealine. Ik denk dat het met minieme aanpassingen wel mogelijk is hier iets gevaarlijks van te maken.

[Auroram]

En wederom worden we lekker gemaakt met iets wat al jarenlang voorbij komt als technologie die "over enkele jaren" beschikbaar zal zijn.

Toch is het geweldig om te zien dat er in elk geval voortgang in wordt geboekt.

[Reactie gewijzigd door Auroram op 23 juli 2024 20:36]

[Fealine]

Wat is er mis mee om op de hoogte te blijven van de technologische vooruit gang, ongeacht wanneer dit voor de consument beschikbaar komt.

Heb je liever dat er pas een bericht geving komt op het moment dat het bij je lokale hardware boer in de schappen ligt?

[Breadbeard]

Nou nog een sensibele input, en iedereen wordt echt blij!

[Anoniem: 447730]

je moet echt goed kunnen concentreren om hier effectief mee om te gaan, maar verder echt goede ontwikkelingen.

[deeste08]

Hele goeie ontwikkeling zeker als dit wordt toegepast met een zelf lerend interface.

Ben benieuwd wat voor toepassingen dit nog meer kan hebben in de toekomst.

[dZinee]

Okey staat helaas niks over de techniek..
een badmuts met sensors??
EEG? fNIRS?

Is me ook onduidelijk wat de robot nu precies kan. Denken aan het bewegen van je vingers levert een enorme activiteit in de motor cortex en dit is redelijk eenvoudig op te pikken, maar hoe vertaald zich dit in meerdere commando's?

[Beere]

Mooie dingen, al denk ik wel dat het nog meer dan een 'aantal' jaar zal duren voor dit mainstream wordt. Het is tof dat minder valide mensen meer kansen krijgen, maar het moet natuurlijk ook wel betaalbaar blijven.

Daar bovenop komen dan nog de etische kwesties zoals door LiquidT_NL hierboven vermeld.

[Perkouw]

Wat een geweldige vooruitgang, ik hoop echt van harte dat dit soort technologie goed doorontwikkeld word en hierbij goed gefinancierd word. Commando's blijven van kracht nadat je deze gegeven hebt, toch lijkt me dat je mentaal nog steeds erg belast word wil je er een beetje effectief gebruik van maken ?