Ổn Định Giao Diện Máy Tính Não (Brain - Computer)

Thuật toán máy học mới giúp giảm nhu cầu giao diện máy tính não để trải qua hiệu chuẩn. Các nhà nghiên cứu từ Đại học Carnegie Mellon (CMU) và Đại học Pittsburgh (Pitt) đã công bố nghiên cứu về Kỹ thuật y sinh tự nhiên sẽ cải thiện đáng kể các giao diện máy tính não và khả năng duy trì ổn định trong quá trình sử dụng, giúp giảm đáng kể hoặc có khả năng loại bỏ những nhu cầu về giao diện (interfaces) các thiết bị trong hoặc giữa các thí nghiệm.

Xem thêm: Sự tích hợp giữa trí tuệ nhân tạo (AI) & BlockChain

1. Giao diện máy tính não là gì?

Giao diện máy tính não (Brain Computer Interfaces) là các thiết bị cho phép những người bị khuyết tật vận động như tê liệt kiểm soát chân tay giả, con trỏ máy tính và các giao diện khác chỉ sử dụng tâm trí của họ. Một trong những vấn đề lớn nhất mà BCI phải đối mặt được sử dụng trong môi trường lâm sàng là sự không ổn định trong bản ghi thần kinh. Theo thời gian, các tín hiệu được chọn bởi BCI có thể thay đổi và kết quả của biến thể này là một cá nhân có thể mất khả năng kiểm soát BCI của họ.

Do sự mất kiểm soát này, các nhà nghiên cứu yêu cầu người dùng trải qua một phiên hiệu chỉnh lại, yêu cầu họ dừng những gì họ đang làm và thiết lập lại kết nối giữa các lệnh tinh thần của họ và các nhiệm vụ đang được thực hiện. Thông thường, một kỹ thuật viên khác của con người tham gia chỉ để làm cho hệ thống hoạt động.

"Hãy tưởng tượng nếu mỗi lần chúng ta muốn sử dụng điện thoại di động của mình, để làm cho nó hoạt động chính xác, chúng ta phải hiệu chỉnh màn hình bằng cách nào đó để biết phần nào của màn hình chúng ta đang chỉ vào", William Bishop, người trước đây là tiến sĩ, nói sinh viên và nghiên cứu sinh trong Khoa học máy tại CMU và hiện là đồng nghiệp tại Cơ sở nghiên cứu trang trại Janelia. "Trạng thái hiện đại của công nghệ BCI là như vậy. Chỉ cần để các thiết bị BCI này hoạt động, người dùng phải thực hiện việc hiệu chỉnh lại thường xuyên này. Vì vậy, điều đó rất bất tiện cho người dùng, cũng như các kỹ thuật viên bảo trì thiết bị. "

2. Sẽ như nào nếu máy tính não người hợp nhất?

Bài báo, "Giao diện máy tính não ổn định dựa trên căn chỉnh đa tạp thần kinh", trình bày một thuật toán máy học tính toán các tín hiệu khác nhau này và cho phép cá nhân tiếp tục kiểm soát BCI khi có sự bất ổn. Bằng cách thúc đẩy phát hiện rằng hoạt động của phần lớn dây thần kinh nằm trong một "đa tạp thần kinh" chiều thấp, các nhà nghiên cứu có thể ổn định hoạt động thần kinh để duy trì hiệu suất BCI tốt khi có sự bất ổn của ghi âm.

"Khi chúng ta nói" ổn định ", điều chúng tôi muốn nói là tín hiệu thần kinh của chúng ta không ổn định, có thể là do chúng ta ghi lại từ các tế bào thần kinh khác nhau theo thời gian," Alan Degenhart, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ về kỹ thuật điện và máy tính tại CMU giải thích. "Chúng tôi đã tìm ra một cách để đưa các quần thể tế bào thần kinh khác nhau theo thời gian và sử dụng thông tin của chúng để tiết lộ một bức tranh chung về tính toán đang diễn ra trong não, do đó giữ cho BCI được hiệu chỉnh bất chấp sự bất ổn của thần kinh."

Các nhà nghiên cứu không phải là người đầu tiên đề xuất một phương pháp tự hiệu chỉnh; vấn đề ghi âm thần kinh không ổn định đã xuất hiện trong một thời gian dài. Một vài nghiên cứu đã đề xuất các quy trình tự hiệu chuẩn, nhưng đã phải đối mặt với vấn đề xử lý sự bất ổn. Phương pháp được trình bày trong bài viết này có thể phục hồi từ sự mất ổn định thảm khốc bởi vì nó không phụ thuộc vào đối tượng hoạt động tốt trong quá trình hiệu chuẩn lại.

Byron Yu, giáo sư kỹ thuật điện và máy tính và kỹ thuật y sinh tại CMU giải thích: "Hãy nói rằng sự bất ổn quá lớn đến nỗi đối tượng không còn có thể kiểm soát BCI nữa. "Các quy trình tự hiệu chỉnh hiện tại có khả năng đấu tranh trong kịch bản đó, trong khi trong phương pháp của chúng tôi, chúng tôi đã chứng minh rằng trong nhiều trường hợp có thể phục hồi từ những bất ổn thảm khốc đó."

Emily Oby, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ về sinh học thần kinh tại Pitt nói: "Sự bất ổn ghi âm thần kinh không được đặc trưng tốt, nhưng đó là một vấn đề rất lớn". "Không có nhiều tài liệu chúng tôi có thể chỉ ra, nhưng về mặt giai thoại, rất nhiều phòng thí nghiệm nghiên cứu lâm sàng với BCI phải giải quyết vấn đề này khá thường xuyên. Công việc này có khả năng cải thiện đáng kể khả năng sống sót của BCI, và để giúp ổn định các giao diện thần kinh khác. "

Các tác giả khác của bài báo bao gồm Steve Chase của CMU, giáo sư kỹ thuật y sinh và Viện khoa học thần kinh, và Aaron Batista của Pitt, phó giáo sư về kỹ thuật sinh học và Elizabeth Tyler-Kabara, phó giáo sư phẫu thuật thần kinh. Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Craig H Neilsen, Viện sức khỏe quốc gia, Quỹ từ thiện DSF, Quỹ khoa học quốc gia, Phòng nghiên cứu sức khỏe PA và Quỹ Simons.

Dịch từ: https://www.sciencedaily.com/releases/2020/04/200420125540.htm