Mobilny system EEG przybliża rozwój inteligentnych interfejsów mózg–komputer

Naukowcy z Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT zakończyli kluczowy etap prac w jednym z największych projektów badawczych finansowanych w Unii Europejskiej. Opracowany przez nich mobilny system EEG z innowacyjnymi elektrodami ma umożliwić rozwój pasywnych interfejsów mózg–komputer, które będą w czasie rzeczywistym rozpoznawać obciążenie poznawcze użytkownika i automatycznie dostosowywać działanie systemów opartych na sztucznej inteligencji.

W artykule:

• Na czym polega projekt NAFAS i jakie są jego cele
• Jak działa mobilny system EEG opracowany przez Fraunhofer IDMT
• Czym są elektrody trEEGrids i jakie mają zalety
• Jakie znaczenie mają pasywne interfejsy mózg–komputer
• Dlaczego projekt NAFAS jest wyjątkowy w skali Europy
• Jakie są dalsze perspektywy rozwoju technologii neuroadaptacyjnych

Mobilne EEG dla neuroadaptacyjnych systemów przyszłości

Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT zakończył swój udział w kolejnym etapie projektu badawczego „Neuroadaptivität für autonome Systeme” (NAFAS). Zespół ekspertów z Oldenburga odegrał istotną rolę w opracowaniu mobilnego systemu elektroencefalograficznego (EEG) przeznaczonego do zastosowań w interfejsach mózg–komputer (Brain-Computer Interface, BCI). Dzięki tym pracom udało się osiągnąć pierwsze kamienie milowe projektu, który należy do największych indywidualnie finansowanych przedsięwzięć badawczych w Unii Europejskiej.

Projekt NAFAS otrzymał finansowanie w wysokości 30 milionów euro od Agentur für Innovation in der Cybersicherheit GmbH (Cyberagentur). Całe przedsięwzięcie potrwa cztery lata i ma zakończyć się pod koniec listopada 2027 roku.

Sztuczna inteligencja ucząca się rozumieć człowieka

Projekt prowadzony przez firmę Zander Labs ma na celu znaczące uproszczenie komunikacji pomiędzy człowiekiem a maszyną. Kluczowym założeniem jest stworzenie systemów sztucznej inteligencji zdolnych do interpretowania procesów poznawczych użytkownika na podstawie aktywności jego mózgu.

W styczniu bieżącego roku Zander Labs zaprezentowało pierwszą w pełni zintegrowaną pasywną platformę Brain-Computer Interface (pBCI). Rozwiązanie analizuje sygnały EEG w celu wykrywania obciążenia poznawczego użytkownika, a następnie automatycznie dostosowuje interfejs użytkownika w czasie rzeczywistym. Oznacza to, że system może reagować na zmieniające się możliwości koncentracji, zmęczenie czy przeciążenie informacyjne bez konieczności wydawania jakichkolwiek poleceń przez użytkownika.

Pasywne interfejsy mózg–komputer (pBCI) nie wymagają świadomego sterowania przez użytkownika. Zamiast tego analizują aktywność mózgu i automatycznie dostosowują działanie urządzeń lub oprogramowania do aktualnego stanu poznawczego człowieka.

EEG poza laboratorium i kliniką

Grupa Mobile Neurotechnologien działająca w Fraunhofer IDMT od kilku lat koncentruje się na opracowywaniu systemów EEG przeznaczonych do codziennego użytkowania poza laboratoriami badawczymi i placówkami medycznymi.

Na potrzeby projektu NAFAS badacze rozwinęli własną opatentowaną technologię elektrod trEEGrids. Są to cienkie plastry z elektrodami umieszczane na twarzy, które umożliwiają dyskretny i wygodny pomiar aktywności elektrycznej mózgu.

W porównaniu z klasycznymi czepkami EEG rozwiązanie to pozwala na znacznie szybsze przygotowanie użytkownika do badania, większy komfort noszenia oraz zachowanie wysokiej jakości rejestrowanych sygnałów. Dzięki temu możliwe staje się wykorzystanie EEG w znacznie szerszym zakresie zastosowań praktycznych.

Nowe elektrody zoptymalizowane pod kątem zastosowań BCI

Na potrzeby projektu naukowcy przeprojektowali zarówno rozmieszczenie elektrod, jak i konstrukcję całego plastra EEG.

Najważniejsze modyfikacje obejmowały:

• rozszerzenie systemu o elektrody umieszczane w okolicy ciemieniowej głowy,
• optymalizację rozmieszczenia punktów pomiarowych dla konkretnych scenariuszy zastosowań,
• systematyczną ocenę różnych typów elektrod oraz materiałów przewodzących,
• uzyskanie możliwie najwyższego stosunku sygnału do szumu,
• zmianę wielowarstwowej konstrukcji plastra z myślą o bardziej ekonomicznej produkcji seryjnej.

Dzięki tym udoskonaleniom mobilny system EEG ma zapewniać stabilniejsze pomiary oraz większą odporność na zakłócenia występujące podczas codziennego użytkowania.

Jednym z najważniejszych wyzwań mobilnego EEG jest zachowanie wysokiej jakości sygnału pomimo ruchu użytkownika i zmiennych warunków środowiskowych. Odpowiedni dobór materiałów przewodzących oraz konstrukcji elektrod ma kluczowe znaczenie dla uzyskania wiarygodnych danych.

Krok w stronę codziennego wykorzystania neurotechnologii

Jak podkreśla dr inż. Insa Wolf, kierownik grupy Mobile Neurotechnologien we Fraunhofer IDMT, udział w projekcie NAFAS stanowi ważny etap przenoszenia technologii EEG z laboratoriów do codziennego życia.

Badaczka zaznacza również, że opracowane elektrody, dla których instytut właśnie uzyskał ochronę patentową, będą mogły znaleźć praktyczne zastosowanie w rzeczywistych systemach Brain-Computer Interface.

Pozytywnie współpracę ocenia również Jonathan Zwaan, współzałożyciel i dyrektor generalny Zander Labs. Według niego wkład Fraunhofer IDMT w rozwój mobilnego systemu EEG miał istotne znaczenie dla osiągnięcia pierwszych celów projektu oraz dalszego powodzenia całego przedsięwzięcia.

Jedno z największych przedsięwzięć badawczych w Unii Europejskiej

Projekt NAFAS jest finansowany przez Agentur für Innovation in der Cybersicherheit GmbH (Cyberagentur). Budżet wynoszący 30 milionów euro czyni go największym indywidualnie finansowanym projektem badawczym tego typu realizowanym obecnie w Unii Europejskiej.

Opracowywane technologie mogą znaleźć zastosowanie m.in. w autonomicznych systemach, medycynie, wojsku, bezpieczeństwie, ergonomii pracy oraz nowoczesnych interfejsach człowiek–komputer, w których urządzenia będą mogły automatycznie reagować na stan poznawczy użytkownika.

Źródło: Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT, Mobile EEG for Neuroadaptive Systems.