Rakouská firma vyvíjí a prodává zařízení, které umožňuje ovládat pomocí mozkových signálů nejen počítače
Stephena Hawkinga zná daleko více lidí, než kolik jich rozumí jeho výzkumu černých děr či kvantové gravitace. Aby ne, jeden z nejznámějších teoretických fyziků a vědců vůbec je celebritou, která vystupuje i v komediálním seriálu Teorie velkého třesku. Právě v něm je nejčastějším cílem vtípků Hawkingův počítačový hlas. A ten zní díky počítačovému komunikačnímu zařízení, které vědec ovládá pohyby lícních svalů. Ty jsou totiž jedny z mála, které je ještě schopen ovládat. Kvůli postižení amyotrofickou laterální sklerózou (ALS) nad většinou svalů ztratil kontrolu.
Hawking aktuálně spolupracuje s výzkumníky na vývoji zařízení, které by podobně fungovalo jen na základě jeho mozkových impulzů. Takové přístroje už vyrábí firma Guger Technologies (g.tec), jejíž zakladatelé Günther Edlinger a Christoph Guger se stali Podnikateli roku Rakouska pro rok 2012.
Zaměřují se na pomoc lidem s podobným postižením. Pomoc paralyzovaným Hawking se označuje za šťastného člověka, který díky pomalému postupu nemoci překonal prognózy lékařů na dvou- až tříletý zbytek života a během 50 let s ALS stihl učinit většinu svých objevů. Jeho stav se podobá pacientům se syndromem uzamčení. V takových případech bývá tělo kompletně paralyzováno a člověk vypadá jako v kómatu, jen mozek funguje. Postižený je schopen vnímat vše, co se okolo děje, myslí, jen se nemůže vyjádřit.
Ti „šťastnější“, jako francouzský novinář Jean-Dominique Bauby, jsou schopni s okolím komunikovat například mrkáním. Sám Bauby dokonce ošetřovatelce mrkáním nadiktoval knihu, podle níž byl natočen stejnojmenný film Skafandr a motýl. U těch méně šťastných pacientů se ale mozková aktivita může i přehlédnout.
„Až ve 30 procentech případů dochází ke špatné diagnóze. Dělá se totiž jen jednou, a pokud je takový člověk ve špatné nemocnici nebo má zrovna špatný den a mozková aktivita se tolik neprojevuje, může být omylem zařazen mezi komatózní pacienty,“ upozorňil Günther Edlinger při rozhovoru s týdeníkem Euro v Monaku na finále soutěže Ernst & Young Světový podnikatel roku 2013.
Právě těmto lidem by měl pomoci přístroj vyvíjený jeho firmou g.tec. Ten by umožnil dlouhodobější sledování pacientů a snížil tak riziko špatné interpretace jejich stavu. Jde v podstatě o podobný proces, jakým je měření EEG na neurologii. Člověk má pokrývku hlavy připomínající koupací čepici, přes ni se hlavy dotýkají elektrody. Od nich jsou mozkové signály vedeny do zesilovače a ten je posílá do počítače, který vyhodnocuje mozkové vzorce.
Během příštího roku chce firma s tímto zařízením zacílit především na nemocnice a posílit tak svou pozici na masovém trhu. Dosud totiž naprostá většina ze stovek přístrojů, které společnost ročně prodá s tržbami v přepočtu zhruba osm milionů korun, směřovala do laboratoří, výzkumných ústavů, univerzit nebo fakultních nemocnic. Firma, která vznikla jako spin-off výzkumu Edlingera a Gugera s desetitisícieurovou pomocí od rakouské vlády, prodává i jednotlivé součástky potřebné pro výzkum (a mezi její klienty patří i univerzity v Ostravě a v Praze).
Cena přístrojů na propojení mozku s počítačem začíná v přepočtu na necelých 130 tisících korunách.
Vlny bez gelu Systém g.tecu pro propojení mozku a počítače BIC (brain-computer interface) vychází mimo jiné z toho, že mozkové signály prozrazují pohyb dříve, než k němu dojde. Zhruba vteřinu předtím, než člověk například pohne pravou rukou, projeví se tento záměr signálem v odpovědném centru levé hemisféry mozku. Na takovém principu by jednou mohlo běžně fungovat například i ovládání protéz.
To se ovšem technologie budou muset ještě posunout kupředu.
„Zatím je problém s tím, co jsme elektrodami schopni zachytit. Neinvazivní metodou umíme určit snahu pohnout rukama nebo nohama, ale třeba i jazykem. Když se elektrody přesunou blíž k centru dění, tedy z povrchu hlavy přímo k mozku, už se dá vysledovat třeba nejen pohyb prsty, ale i síla stisku,“ vysvětluje Edlinger s tím, že v různých laboratořích probíhají už i klinické testy takového náročnějšího využití.
Další signály, které umí systém Guger Technologies sledovat, jsou mozkové vlny P300, které se objevují 300 milisekund po stimulaci. Je to stejný signál, který lidem umožňuje při řízení reagovat na brzdová světla auta před nimi. Tyto signály se dají vysledovat poměrně jednoduše, a tak není třeba otevírat lebku, stačí zmiňované elektrody v „čepici“. I u této metody ale Edlingerova a Gugerova společnost dosáhla zlepšení. Vyvinula totiž elektrody, u nichž není potřeba vodivého gelu, který zná každý, kdo prošel vyšetřením EEG. Nové zlaté elektrody na sobě mají výstupky připomínající prsty, které se snáze dostanou skrz vlasy k pokožce, a z mozku přijímaný signál je stabilní. To je mimo jiné další krok k posunutí technologie ke každodennímu využití.
„Je to pohodlnější. Některým lidem, především ženám, prostě vadí dávat si na hlavu gel, který neslouží k úpravě účesu. I když já s tím tedy problém nemám,“ směje se Edlinger a ukazuje na svůj prořídlý vlasový porost. To jeho bývalý spolužák, dlouhovlasý Christoph Guger, s nímž g.tec v roce 1999 založil, by s tím problém mít mohl.
Mozkový psací stroj I když zatím technologie g.tecu směřují především do výzkumu a zdravotnictví, dají se využívat i doma. Jejich systém intendiX je ostatně prvním komerčně využitelným propojením mozku a počítače na světě.
Kromě toho, že může jejich systém pomoci diagnostikovat pacienty se syndromem uzamčení, může jim umožnit i komunikaci s okolím. Děje se tak právě pomocí mozkových vln člověka, který pozoruje monitor počítače. Před ním ve speciálním programu blikají jednotlivá písmenka. Když se na jedno z nich na chvíli zaměří, je vybráno. Samozřejmě se obdobně dá vybrat mezerník a další speciální znaky nebo povely reprezentované ikonami. Pak už je velmi jednoduché umožnit člověku komunikaci s okolím. Paralyzovaný člověk díky tomu může se softwarem pro převod textu do řeči mluvit s rodinou nebo ošetřovateli. Může psát text v počítači, ale odesílat ho může i na sociální sítě. K dispozici od g.tecu má například připojení na Twitter.
„Vybrání jednoho písmena trvá zhruba deset vteřin. Podobá se to tomu, když neumíte psát na klávesnici a jednotlivá písmenka musíte hledat,“ přibližuje Edlinger. Zpočátku tak člověku může jedno písmeno trvat i 40 sekund, v laboratořích g.tecu se ale dopracovali i k rychlosti jedno písmenko za 0,9 vteřiny. Pro srovnání, tempo řeči Stephena Hawkinga je zhruba jedno slovo za minutu.
Rychlost výběru povelů by se mohla časem zvyšovat, stejně by se mohlo usnadnit i používání systému g.tecu. Protože se mozek snadno rozptýlí všemožnými podněty, je zatím intendiX stále náročný na soustředění, a tak se doporučuje dělat při jeho používání přestávky zhruba po deseti minutách. Asi tak dlouho trvá i trénink, pokud jej tedy lidé pro používání intendiXu potřebují.
Firma také pracuje na metodách, jež by usnadnily zacházení s přístrojem. Po odstranění potřeby vodivého gelu by se mohla odstranit i potřeba kabelů, které propojují jednotlivé součástky od elektrod až po počítač se systémem Windows, jenž mozkové signály vyhodnocuje. Místo nich by mohl přístroj využívat bluetooth připojení a vzorce signálů by mohl vyhodnocovat i chytrý telefon.
Procházet se po světě Už několikrát bylo možné vyzkoušet si propojení mozku s počítačem „po rakousku“ na veletrhu elektrotechniky Cebit. A nešlo jen o psaní textu. Na loňském ročníku například g.tec ukázal modul SOCI, který umožňuje ovládat počítačové hry jako Angry Birds, World of Warcraft nebo třeba simulace života Second Life. Člověk díky němu může počítač ovládat myšlenkami. Nepotřebuje ruce. Podobně jako u „mozkového psacího stroje“ vybírá povely pro střelbu, chůzi nebo komunikaci, přijímání herních úkolů. Pravda, spotřebou deseti vteřin na zadání povelu to nebude zrovna nejdynamičtější hra, ale i tak by to paralyzovaní lidé určitě ocenili.
Na letošním Cebitu se zase firma Guger Technologies pochlubila mutací programu, který umožňuje prostřednictvím počítačového programu ochrnutým lidem namalovat obraz. A profesor Eduardo Reck Miranda z univerzity v britském Plymouthu na přístroji rakouské firmy vyvíjí systém, který by jen na základě mozkových signálů umožnil hrát a skládat hudbu.
O něco praktičtější využití, které funguje podobně jako ovládání počítačových her, nabízí varianta systému intendiX, která by lidem umožnila ovládat svůj domov. Pomocí zařízení rozmístěných po obydlí a napojení na přístroj sledující mozkové impulzy by tak mohl i paralyzovaný člověk otevírat dveře, okna, zhasínat a rozsvěcet nebo si třeba pustit rádio.
„Jak budou naše přístroje vypadat v budoucnosti, se bude odvíjet od jejich použití.
Pracujeme například také na zařízení podobajícím se interaktivním brýlím firmy Google. Díky nim by mohl člověk pomocí pohybu očí a mrkání ovládat hry, ale třeba i přepínat televizní kanály,“ přibližuje možnosti budoucnosti Edlinger.
Systém firmy g.tec pro propojení mozku a počítače BIC vychází mimo jiné z toho, že mozkové signály prozrazují pohyb dříve, než k němu dojde.
O autorovi| Jakub Křešnička, kresnicka@mf.cz
