Neurotechnologie

Historie

Neuroelektronika, někdy označovaná jako neurotechnologie, je disciplína, která se zabývá rozhraním mezi nervovým systémem člověka a elektronickými zařízeními. Je to interdisciplinární obor s příspěvky z počítačové vědy, kognitivní vědy, neurochirurgie a biomedicínského inženýrství. Neuroelectronika má zhruba tři příbuzné větve: (1) neurologické vyšetření (2) Brain-Computer interface (BCI) a (3) elektrické nervové stimulace. Disciplína existuje již více než půl století. Nicméně v posledním desetiletí udělala významný pokrok a to zejména v neurologickém vyšetření tím, že vědci mohou přímo sledovat mozkovou aktivitu během pokusů. A očekává se, že neuroelectronika, zejména neuroimaging a BCI, bude v budoucnu používáno mnohem více.

Oblasti použití / příklady

Neuroimaging má dvě větve: (1) strukturální zobrazovací, která se snaží rozluštit strukturu nebo anatomii mozku (2) funkční zobrazování, která se snaží zkoumat funkce v určité oblasti mozku. Ta umožňuje výzkumníkům představit, jak jsou informace zpracovávány v různých oblastech mozku (Evropská technologická Hodnocení Group, 2006). Strukturální a funkční zobrazovací metoda se používá pro diagnostické i výzkumné účely. Současné neuroimaging techniky jako je magnetická rezonance (MRI) a funkční magnetická rezonance (fMRI) se používají pro snímání rakoviny, stavech po mrtvice a k funkčním analýzám kognitivních procesů v mozku. fMRI je základem technologie ke studiu lidského mozku. Další neuroimaging technikou je elektroencefalografie (EEG), dále pozitronová emisní tomografie (PET) a magnetoencephalography (MEG), mimo jiné používaná ke studiu struktury a funkce mozku.

BCI (někdy označované jako BMI), je neurotechnologie, která převádí mozkovou aktivitu a příkazové signály externím zařízením. Výzkum BCI začala v roce 1970. BCI vytváří přímou komunikační cestu mezi mozkem a zařízením. Jsou vyvíjeny především ze zdravotních důvodů, protože tam je společenská poptávka po technologiích, pomáhajícím k obnovení funkcí centrální nervové soustavy (CNS) u lidí se zdravotním postižením. Hodí se obvykle pro ty s postižením motoriky nebo komunikace. Ta by mohla být (částečně) obnovena pomocí BCI a řídit vozík, protézy nebo komunikovat výběrem písmen na obrazovce počítače. Invazivní nebo neinvazivní provedení záleží na konkrétním použití a externím zařízení. Nejběžnější BCI reaguje na konkrétní vzory EEG měřené neinvazivně z pokožky hlavy.

Mozkový otisk prstu je aplikace neurologického vyšetření. Myšlenkou je, že mozek zpracovává známé relevantní informace, odlišně od způsobu, jakým zpracovává neznámé nebo irelevantní informace. V mozku při zpracování známých informací, které jsou (např.informace o trestné činnosti) uložené v mozku, je u nich odhalen konkrétní vzor na EEG. Robert Simon prohlašuje, že mozek při odebrání otisku prstu může být použit jako detektor lži. Úspěšnost správnosti hodnot při vyhodnocení brainfingerprintingu je sporná, lze však téměř s jistotou říci, že při odborném provedení se bude pohybovat kolem absolutní přesnosti. 

- BCI k řízení letadla.

Vojenská agentura (DARPA) má program komunikující s BCI na ovládání letadla (Rocco a Bainbridge, 2002).

- BCI k ovládání invalidního vozíku.

BCI je vyvíjené mimo jiné pro osoby se závažnými neurologickými poruchami, které jsou téměř nebo částečně ochrnutí a potřebují ovládat motorový invalidní vozík (Berger, 2007).

- BCI pro hláskování.

BCI může pomoci obnovit schopnost komunikovat. Slouží k tomu aplikace, jenž dokáže porozumět signálům z mozku a může ovládat kurzor na obrazovce počítače. Po nějaké praxi se ovládání kurzoru stane dostatečně přesné, aby bylo patrné jaké slova a věty byly napsány pomocí virtuální klávesnice (Friman et al, 2007).

Definice a definování vlastností

Máme tři pobočky v neuroelectronics. Každá pobočka používá různé prostředky pro komunikaci s mozkem, a každé z těchto zařízení má jiné vlastnosti. První část - zobrazovací, používá techniky, jako fMRI, PET, MEG nebo EEG, mimo jiné k získání informace z mozku,  diagnostice poruch mozku a jejich studování. Druhá větev - BCI, rozlišujeme invazivní a neinvazivní metody k získání informací z mozku pro ovládání externích zařízení, jako jsou invalidní vozíky, počítače nebo letadla. A třetí část - elektrická nervová stimulace, používá invazivní elektrody k posílání elektrických signálů jednotlivým částem mozku. Pouze definováním vlastností pro všechna elektrická zařízení komunikující s BCI mají za účel buď získat informace z mozku nebo poslat elektrické signály do mozku.

V přehledu:

- Neuroimaging technologie, slouží k získávání informací z mozku a k diagnostice poruch nebo studování mozkové struktury či funkce.

- BCI slouží k získání informací z mozku a pomoci ovládat externí zařízení, například invalidní vozíky, protetické pomůcky nebo počítače.

- Elektrická nervová stimulace zařízení slouží ke stimulování části mozku tak, že se snižují příznaky jako je třes, klinické deprese nebo bolest.

Vztah k jiným technologiím

Neuroelectronika úzce souvisí s bioelectronikou a je oborem, který umožňuje komunikaci lidského těla s elektrickými zařízeními. Přesněji řečeno neuroelectronika je pobočkou bioelectroniky, protože mozek a nervový systém jsou součásti lidského těla. Neuroelectronika souvisí i s biometrickými údaji, které slouží pro jednoznačnou identifikaci člověka na základě jednoho nebo více fyzických nebo povahových rysů. Neuroimaging technologie mohou být použity k identifikaci člověka na základě vzorů mozkové aktivity. Někteří argumentovali, že BCI by mohly využívat zpravodajské systémy. Tyto systémy samozřejmě musí spravovat a mít přístup ke spoustě informací o svých hostitelích, pokud jde o jejich interakce, myšlenky, pocity a data. Informace z mozku extrahuje buď neuroimaging technologie nebo BCI může poskytnout cenné informace okolním systémům.

Kritické problémy

Několik kritických otázek se vyjadřují o neuroelectronics v jednom z textů na rozvíjející se ICT. Neuroimaging a BCI umožňuje zpracování nervových signálů a předpokládá se, že nervové signály mohou naznačovat - představují - myšlenky. Za jakých podmínek se mohou extrahované nervové signály považovat za dostatečně konkrétní a vyvolat diskuzi o duševním vlastnictví? Dále je zde základní právo na ochranu osobních údajů a prohlašení, že osobní údaje mohou být zpracovány pouze na základě souhlasu dotyčené osoby nebo na základě jiného oprávněného důvodu stanoveného zákonem. Také, některé myšlenky zachycené při neurologickém vyšetření nebo extrahované z BCI, mohou spadat a řídit se autorským zákonem? Jednou z otázek je, zda-li zpracování nervových signálů (osobní údaje) bez souhlasu subjektu (tedy na základě jiného oprávněného základu) mohou být zákonné v jakékoli situaci. Pokud ano, v jakých situacích a za jakých podmínek to bude možné? Například, mohou zaměstnavatelé (např. školy v boji s pedofily nebo zpravodajských služeb prověřování svých zaměstnanců pro infiltraci), poskytovatelé pojištění nebo policie (detektor lži) požadovat povinně zpracování a vyhodnocení mozkových signálů? (Gasson a Warwick, 2007).

Odkazy

Beckert, B., Bluemel, C., Friedewald, M., Thielmann, A. (2008). Konvergující technologie a jejich vliv na sociální a humanitní vědy (CONTECS). Analýza kritických problémů a návrh pro budoucí výzkumné agendy. Citováno 04.1.2010 od https://www.contecs.fraunhofer.de/images/files/contecs_report_complete.pdf~~pobj

Berger, TW (2007). Úvod. V mezinárodního hodnocení výzkumu a vývoje v Brain-Computer rozhraní. První kapitola. Citováno 18.prosince 2007 od https://www.wtec.org/bci/BCI-finalreport-10Oct2007-lowres.pdf~~pobj

Evropská technologická Hodnocení Group. (2006). Technologie Posouzení konvergující technologie. Citováno 04.1.2010 od https://www.europarl.europa.eu/stoa/publications/studies/stoa183_en.pdf~~pobj

Friman, O., Luth, T., Volosyak, I. a Graser, A. (2007). Pravopis se v ustáleném stavu Vizuálně evokovaných potenciálů. Ve 3. mezinárodním standardem IEEE / EMBS konference o Neural Engineering. 355-357.

Gasson, M. & Warwick, K. (2007). D12.1 Studie Emerging Technologies AMI. Fidis - Budoucnost identity v informační společnosti. [Vědecká zpráva] Haynes, JD. (2008). Detekce podvod od neuroimaging signály - data-řízený perspektivní. Trendy v kognitivní vědy (12) 4, 126-127 týden

Kern, DS & Kumar, R. (2007). Hluboká mozková stimulace. Neurolog (13) 5, 237-252.

Rocco, MZ a Bainbridge, WS (2003). Konvergující technologie pro zlepšení lidského výkonu: nanotechnologie, biotechnologie, informační technologie a poznávací věda. Kluwer Academic Publishing. Citováno 04.1.2010 od https://www.wtec.org/ConvergingTechnologies/1/NBIC_report.pdf~~pobj

Simon, S. (2005). Co nevíte, nemůže ublížit. Citováno 27.března 2010, od https://www.brainwavescience.com/LET~~HEAD=pobj% 20Article.pdf

https://moriarty.tech.dmu.ac.uk:8080/index.jsp?page=681504