Fiecare acțiune începe cu un gând, care este, în esență, un semnal electric din creier. Să luăm ca exemplu mișcarea mâinii. Creierul va trimite un semnal către mușchii mânii, iar aceștia se vor contracta. Acum să ne imaginăm că legătura dintre creier și mușchi este întreruptă, ca în cazul anumitor vătămări ale coloanei vertebrale. În acest caz, sarcina de a mișca mâna nu mai poate fi realizată doar cu ajutorul gândului. Aici poate interveni interfața creier-computer (brain-computer interface, BCI).
Interfața creier-computer este o tehnologie care intervine între sistemul nervos central și îndeplinirea anumitor sarcini. Deoarece gândurile sunt codificate în creier sub forma unor semnale electrice, un algoritm de computer poate fi instruit să decodifice aceste semnale într-o intenția de a face ceva. O BCI se folosește de această funcție, traducând semnalele din creier în comenzi către un dispozitiv extern.
De exemplu, o interfață creier-computer poate ajuta un pacient cu coloana vertebrală afectată să-și miște membrele paralizate prin interpretarea semnalelor de la creier și transmiterea lor către mușchii membrelor, ocolind nervii secționați din măduva spinării. De asemenea, o BCI poate ajuta un pacient cu membrele amputate să controleze direcția scaunului cu rotile.
Chiar dacă ar putea părea de domeniul științifico-fantasticului, interfața creier-computer a cunoscut progrese semnificative în ultimii ani, în domenii precum medicina, arta și armata. Au fost dezvoltate interfețe creier-computer pentru deplasarea unui braț robotic, pentru controlul unui avatar dintr-un joc pe computer ori pentru a conduce un autovehicul. Totuși, interfețele creier-computer sunt vulnerabile la hacking, în sensul că dispozitivele atașate pot fi făcute să numai funcționeze.
Anatomia unei interfețe creier-computer
În funcție de ce anume gândește o persoană, undele cerebrale arată diferit, iar o interfață creier-computer poate înregistra aceste unde și poate interpreta gândurile utilizatorului. BCI constă din două componente: o componentă hardware, care înregistrează semnalele de la creier, și o componentă software, care procesează aceste semnale pentru a controla un dispozitiv, cum ar fi o tastatură sau un braț robotic.
Componentele hardware ale BCI constau din echipamentul EEG (electroencefalogramă) și dispozitivul care trebuie controlat. Componenta software constă din algoritmii utilizați pentru procesarea EEG și convertirea semnalelor în comenzi. | Ilustrație: CORENA LOEB
O parte din hardware este dedicată colectării undelor cerebrale. Toate BCI utilizează electrozi, care pot fi plasați la exterior sau la interior. Metodele de plasare în interior includ implanturi în creier sau electrocorticografe, care plasează electrozii în contact cu suprafața creierului. Metodele de plasare la exterior includ electroencefalografia, în care electrozii sunt atașați de craniu.
Metodele de plasare în interior sunt mai precise, dar și mai invazive. Din acest motiv, majoritatea BCI utilizează electroencefalograma (EEG) pentru a colecta undele cerebrale. O EEG măsoară activitatea electrică a neuronilor din creier și comunicarea dintre aceștia. Apoi semnalele înregistrate sunt transmise către un aplicație software care procesează informațiile și le convertește în comenzi pentru un dispozitiv extern.
Dispozitivul extern este adesea echipat cu un model de învățare automată (machine learning), care interpretează acțiunile dorite codificate în undele cerebrale. Programul de învățare automată este proiectat pentru a recunoaște tiparele de date sau pentru a face predicții, ceea ce permite dispozitivului extern să funcționeze mai eficient.
Riscurile de securitate asociate cu interfața creier-computer
Orice computer poate fi spart (hacking), deci BCI nu face excepție. Breșele de securitate poate avea implicații imense. De exemplu, dacă un vehicul controlat de BCI este spart, el poate produce accidente, nu mai pornește sau poate fi manipulat pe rute nedorite de utilizator.
Mai mult, datele EEG brute pot fi modificate de o terță parte pentru a manipula interfața creier-computer. Cercetările au arătat că tastaturile virtuale controlate cu EEG sunt susceptibile la astfel de atacuri, deoarece micile modificări ale undelor cerebrale sunt suficiente pentru a interfera cu tastatura virtuală. De asemenea, o BCI penetrată poate pierde informații confidențiale despre utilizator, cum sunt PIN-urile, localizarea geografică, informațiile bancare etc.
Un studiu realizat de Massachusetts Institute of Technology (MIT) o vizat hardware-ul interfeței creier-computer și a utilizat doar un emițător de unde radio care interferau cu sistemul EEG. Undele radio au putut contamina semnalele transmise către modelul BCI. Cercetătorii au demonstrat că tehnica poate forța tastarea unei anumite fraze la tastatura virtuală sau poate prăbuși o dronă. Eficiența acestui atac s-a redus odată cu distanța și cu obstacolele din jur, dar reprezintă o provocare atunci când interfețele creier-computer sunt utilizate în public.
O privire în viitor
Unele interfețe creier-computer comerciale sunt deja disponibile, oferite de companii precum Emotiv Systems și Neurosky pentru aplicații de tipul instrumentelor de accesibilitate, agrement și instruire. În jocul Puzzlebox Orbit de la Neurosky, utilizatorii pot zbura un elicopter de jucărie cu ajutorul creierului.
În domeniul medical, BCI sunt utilizate la neuroproteze – de exemplu, permițând persoanelor cu amputații s-și miște proteza cu ajutorul minții, mai degrabă decât cu un joystick sau un controller. Pentru pacienții cu atac vascular cerebral sau cu alte afecțiuni degenerative care afectează vorbirea, interfețele creier-computer sunt utilizate pentru a restabili abilitățile de comunicare.
Metodele propuse în prezent pentru a aborda confidențialitatea BCI securizează diferite părți ale aplicației: datele în sine, comunicarea dintre dispozitivul EEG și controller și modelul de învățare automată. Toate acestea vin cu setul lor unic de compromisuri. De exemplu, pentru creșterea confidențialității, o tehnică numită „confidențialitate diferențială” sacrifică nivelul de acuratețe în interpretarea undelor cerebrale ale utilizatorului. Aceste metode sunt aplicații de ultimă generație în domenii criptografice, dar pe măsură ce BCI continuă să evolueze și, probabil, încep să adune mai multe vulnerabilități, aceste metode vor trebui să evolueze odată cu ele.