Beyin-Bilgisayar Arayüzü

Beyin-Bilgisayar Arayüzü

Merhaba


Bu yazımda sizlere daha önce bir araştırma kapsamında yaptığım beyin-bilgisayar arayüzü (brain-computer interfaces) incelemesinden bahsetmek istiyorum.

İnsan Beyni

• İnsan beyninde yaklaşık 100 milyar nöron bulunmaktadır. 
• Beyindeki bir nöronun sinyal iletim hızı saniyede 50 metre ila 120 metre arasından değişmektedir.
• Beyindeki tüm nöronlar birbiriyle iletişim halindedir. Mesela insan vücudunun ortalama 170cm olduğu düşünülürse, ayak parmaklarınızdan beyninize ulaşacak bir sinyal birkaç milisaniyede iletilebilir.

BEYİN-BİLGİSAYAR ARAYÜZLERİ

• İnsanların bilgisayar gibi elektronik cihazlarla iletişim kurmasına imkan veren bir teknolojidir.
• İnsanların dış dünyaya gönderdikleri iletilerin ve komutların oluşturdukları elektirk akımının ölçülmesi ve bilgisayar tarafından yorumlanması temeline dayanmaktadır.
• Genellikle insanların bilişsel yada duyusal motor fonksiyonlarına yardımcı olmak veya hasarlı kısımların düzeltilmesinde kullanılmaktadır.

BEYİN-BİLGİSAYAR ARAYÜZÜ ÇALIŞMA PRENSİBİ

Bu sistemler belirli bir temele dayanmaz, kullanıcının eğilimlerine dayanmaktadır. 

Bir beyin-insan arayüzü sisteminin temel bileşenleri olarak :

• Sinyal toplama
• Sinyal işleme : Özellik çıkarma
• Sinyal işleme : Dönüştürme Algoritması
• Çıktı cihazı
• İşletme Protokolü sıralanabilir.

KULLANICI ile ETKİLEŞİM TÜRLERİ

NeuroSurgery beyinde belirlenen bölgeye direk olarak nöro çipin ve bağlantı sağlanacak aparatörün ameliyatla beyne yerleştirilmesidir.

ECoG beyinde oluşan sinyalleri kaydeder ve kablosuz ağ aracılıyla bilgisayara gönderir.

En kolay yöntemlerden birisi, EEG(Elektroensefalografi) kullanımıdır. Bir cihaz aracılığla bağlanan elektrotlar, beyin sinyallerini bilgisayar ekranına aktarmaktadır.

MEG (Magnetoencephalography); aktiviteler sırasında beyinde meydana gelen değişiklikleri, hangi nöronların ve beyne ait hangi bölgenin çalıştığını görüntüleyen teknolojidir. Manyetik rezonans teknikleri ile çalışır.

fMRI (functional mrı) cihazı ile, hangi nöronun ne tür bir tepki verdiği anlaşılamaz. Ve yine fMRI ile çalışma anında, nöronların aktivasyonu öyle bir zamana denk gelir ki, fMRI ile görüntü alındığı anda nöron bir aktivasyon göstermezken, fMRI cihazının görüntü almadığı zamanda nöron aktive olmuş olabilir. Bir başka deyişle, fMRI cihazının arka arkaya çektiği görüntülerden bazılarına, o nöron grubunun aktive oldukları zaman (an) denk gelmemiş ve dolayısıyla görüntülere yansımamış olabilir. Bu nedenlerden dolayı, belli zaman aralığında çekilen görüntüler tek tek ele alınarak işlenmek yerine bu görüntülere ait değerlerin ortalamaları alınarak tek bir görüntü elde edilir. Şu halde fMRI ile çekildiğini düşündüğümüz tek bir görüntü, aslında yüzlerce görüntünün ortalamasıdır. (Resimdeki dokuz görüntünün her biri, yüzlerce görüntünün ortalamasından elde edilmiştir.)

UYGULAMALAR

• Felçli insanlar çevreleri ile iletişim kurmasını, bazı çevresel varlıkları hareket ettirmeleri 
• Engelli insanların tekerlekli sandalye, robotik kol gibi kullandıkları cihazları kontrol edebilmeleri Bilgisayar oyunlarının kontrol edilebilmesi 
• Hayatı kolaylaştırmak için geliştirilen akıllı cihazlarda

UYGULAMALAR-TARİHSEL GELİŞİM

• 1924, Hans Berger, Alman nörolog ilk defa insan beynin aktivitelerini EEG ile kayıt edebileceğini keşfetmiştir. 
• 1970, İlk beyin-bilgisayar arayüzü çalışmaları NSA ve DARPA desteği ile Kaliforniya Üniversitesinde başlamıştır. 
• 1978’de ilk prototip denemesi görme engelli bir insanda yapılmıştır. 
• 1990'lu yıllara kadar insan ve hayvan deneylerine devam edilmiştir.
• 2005 yılında ilk beyin-bilgisayar etkileşimi sistemi ile boyundan itibaren felçi olan Mattew Nagle’da denendi.

 I can't put it into words. It's just—I use my brain. I just thought it. I said, "Cursor go up to the top right." And it did, and now I can control it all over the screen. It will give me a sense of independence. — Matthew Nagle, "Brain Gain"

Beyin kontrolü ile çalışan robotik kol çalışması. Beyne ameliyat ile yerleştirilen mikroçip sayesinde düşünce ile oluşturulan sinyaller bilgisayar tarafından yorumlanıp, kol için hareket sağlıyor.

Kayıtlardaki ilk biyonik bilim adamı

Kablosuz ağ ile veri ile veri iletimi sağlayan kullanıcı sistemleri

Sonuç olarak; 

• Yıllardır süregelen insan beynini analiz etme, beyin okuma kavramları, gelişen teknoloji ile mümkün hale gelmektedir. Geliştirilen cihazlar ile beyinde meydana gelen elektrik sinyalleri tespit edilip okunabilmekte, ve analiz edilerek yorumlanabilmektedir. 
• Öncelikle hareket yeteneğini kaybeden insanlar için umut kaynağı olan sistemler, robotik kismi protezler ve insanların hayatını kolaylaştıran robotların düşünce gücüyle çalışması, sistemler ile etkileşime giren kullanıcıları memnun etmektedir. 
• Kanser tedavilerinde ve kanser hastalarında da kullanılması planlanmaktadır. 
• Çalışmalar hem medikal hem de teknolojik alanlarda devam etmektedir.

Bu yazımda beyin-bilgisayar arayüzü sistemlerinden özetle bahsetmeye çalıştım. 

Daha sonraki yazımlarımda görüşmek üzere...