Sciencemag.cz
Doporučujeme
Někteří lidé leží, nemohou mluvit, hýbat se, a mozek je tak jejich jediným komunikačním nástrojem.
Elektrická aktivita mozku je hlavním předmětem zájmu skupiny vědců z katedry informatiky a výpočetní techniky Fakulty aplikovaných věd Západočeské univerzity v Plzni. Letos skončila jejich tříletá práce na projektu BASIL, což je systém ovládání počítače mozkem, který má nesoběstačným lidem pomoci vyjádřit jejich základní potřeby a získat alespoň omezenou kontrolu nad domácností.
BASIL je přeshraniční česko-bavorský projekt, který Západočeskou univerzitu spojil s německými společnostmi Strategische Partnerschaft Sensorik a Sensorik-Bayern. „Smyslem projektu je pomoci lidem, kterým sice nefunguje tělo, ale jejich mozek pracuje stále dobře. Většinou leží, nemohou mluvit, hýbat se, a mozek je tak jejich jediným komunikačním nástrojem,“ vysvětluje za katedru informatiky a výpočetní techniky řešitel projektu Roman Mouček.
Součástí prototypu systému BASIL, založeného na snímání mozkových vln, je čepice s několika elektrodami, kterou má člověk na hlavě. Velmi důležité je zobrazování symbolů, které reprezentují potřeby či přání člověka; těmito symboly jsou například dveře, světlo, jídlo nebo záchranný kruh. Jak BASIL funguje? „Člověk, odkázaný pouze na činnost mozku, má například hlad nebo žízeň, je mu horko, zima, potřebuje na toaletu… A my se to jinak než z jeho mozkových vln nedozvíme. Součástí prototypu je proto i scénář s obrázky, které reprezentují tu věc nebo aktivitu, kterou člověk právě chce či potřebuje provést. Potřebuje například rozsvítit světlo, a tak si vybere obrázek lampy a soustředí se na něj, zatímco elektrody snímají aktivitu jeho mozku. Mozek tak pro nás funguje jako baterie; při soustředění na nějaký symbol jím protéká elektrický proud trochu jinak, než pokud jej tento symbol nezajímá, a my na povrchu hlavy měříme odpovídající změnu napětí,“ pokračuje Roman Mouček.
Německá strana projektu dodává hardwarové vybavení, výzkumníci na Fakultě aplikovaných věd s ním experimentují. Vytvářejí scénáře, tedy to, jakým způsobem budou lidé s počítačem komunikovat, a algoritmy a postupy na rozpoznání toho, co si člověk přeje. Například elektrody zkoušejí používat jako pevnou součást čepice i je přikládat samostatně, zjišťují tak, v jaké jejich konfiguraci je zachycený signál co nejlepší. „Důležité je, že elektrody fungují i bez vodivého gelu, který je sice běžně používaný, ale našim potřebám příliš nevyhovuje. Elektrody testujeme z pohledu vodivosti i pohodlí,“ podotýká Roman Mouček s tím, že nezbytným zařízením, jež dodávají rovněž němečtí kolegové, je zesilovač signálu, bez kterého by získaná mozková aktivita byla velmi slabá a sotva využitelná. Se správně rozpoznanými symboly, tedy potřebami či přáními lidí, bude německá strana projektu dále pracovat a využije je pro ovládání domácnosti.
Systém BASIL zkoušeli výzkumníci v laboratoři i ve spolupráci s lékaři a pacienty Fakultní nemocnice v Plzni či Nemocnice Ostrov. „Jednotlivé části prototypu jsou hotové, my je kombinujeme, integrujeme a zjišťujeme, za jakých okolností dosáhneme nejlepšího výsledku,“ dodává Roman Mouček.
Podle Lukáše Vařeky, vedoucího výzkumných pracovníků, kteří se na vývoji systému podílejí, je ovládání počítače myšlenkami pro lidi většinou snadné. „Je to poměrně intuitivní, jen jim musíme vysvětlit, co je čeká, a například je ujistit, že kontakt s tupou jehlou, která se používá pro aplikaci vodivého gelu, nebolí,“ říká s tím, že při testech v nemocnicích se ovšem také ukazuje, že BASIL nemá ideální odezvu u každého. „Výsledky se různí, neboť mozek musí být bdělý, pozorný a pacienti nesmějí být příliš utlumeni léky. Někoho také začnou po chvíli jehly elektrod trochu tlačit, někdo si naopak nestěžuje,“ vysvětluje.
Součástí testů je také zjišťování, kolik elektrod je zapotřebí na hlavě mít, aby systém BASIL dobře fungoval. „Samozřejmě že čím je elektrod méně, tím pro člověka lépe, ale my se snažíme, aby elektrody byly alespoň čtyři a abychom je rozmístili ideálně,“ konstatuje Lukáš Vařeka.
BASIL přitom není první projekt související s měřením mozkové aktivity, kterým se výzkumníci z Fakulty aplikovaných věd zabývali. Veřejnost už ze dnů otevřených dveří, Dnů vědy a techniky ZČU a dalších akcí dobře zná například jejich modelové kolejiště s vláčkem, který lze ovládat právě mozkovými vlnami či pohyby očí. Princip je podobný. „Vláček se liší tím, že v čelence, kterou si nasadíte na hlavu, je jen jedna elektroda, signál se zpracovává pouze z jednoho místa na hlavě a navíc přímo v čelence. Další zařízení není potřeba. Ale v případě systému BASIL neumí samotná čepice s elektrodami nic, jen posílá hrubý signál – čísla, která my teprve zpracujeme a rozhodneme, co s nimi,“ dodává Lukáš Vařeka.
Kompletní prototyp systému BASIL měli autoři poprvé předvést 28. března na konferenci INSPO 2020 (Internet a informační systémy pro osoby se specifickými potřebami) věnované nejnovějším pomůckám, aplikacím a technologiím pro osoby se specifickými potřebami. Konference však byla kvůli koronavirové pandemii přeložena na říjen.
