På Oslomet Makerspace i Oslo møter vi masteralumni Tobias Andersen, i ferd med å montere et EEG-headset på hodet til student Sondre Weum. Det er som en liten krone med små elektroder festet mot hodet. Foran dem står det en skjerm som viser en svevende boks. Snart skal Weum lære å fly.
Forskere jobber nå med å se på hvordan «hjernekraft» kan brukes til å styre alt fra biler og spill til Facebook-meldinger og avanserte proteser. De norske forskningsmiljøene er spesielt opptatt av å kunne hjelpe mennesker med alvorlige bevegelsesvansker til et bedre liv. Det de finner ut nå, vil om noen år kunne få enorm betydning for millioner av mennesker.
Tilbake hos Oslomet Makerspace må vi ta ett skritt om gangen.
– Tenk at boksen beveger seg oppover, sier Tobias Andersen til Sondre Weum.
Kalibrerer hjernesignalene
Det han gjør nå er å kalibrere Weums hjerne mot EEG-systemet. Mens de gjør enkle øvelser sammenlignes Weums hjerneaktivitet med bildene på skjermen. Snart vet systemet hvordan Weums hjerne oppfører seg når han forestiller seg «opp». Deretter «ned», «til høyre» og «til venstre». Til slutt har systemet nok informasjon til å kunne styre ting med hjernekraft.
EEG, eller elektroencefalografi, er en metode for å måle hjernens aktivitet ved hjelp av elektroder. Det brukes aktivt i helsevesenet, blant annet for å diagnostisere epilepsi, hjernesvulster, karsykdommer og betennelser. Det drives fortsatt mye hjerneforskning ved hjelp av EEG.
Enkel måler
På Oslomet Makerspace brukes en noe enklere sensor enn i helsevesenet. EEG-leseren Emotiv Insight kan kjøpes for noen tusenlapper, og har fem såkalte kanaler som måler hjerneaktiviteten fra ulike sider av hodet.
Det er på tide å fly.
Ikke helt i fysisk forstand, for nå finner Tobias Andersen fram virtual reality-brillene HTC Vive. Plutselig befinner Weum seg i spilluniverset Minecraft, godt inne i en kunstig virkelighet med hjerneleser på hodet.
– Tenk at du flyr oppover, sier Andersen.
Og så flyr Weum. Ikke helt perfekt, men vi ser at det fungerer. Sondre Weum kjenner at han svever inne i sin egen kunstige virkelighet. Bare fordi han tenkte på å fly.
- Innsikt: Forbereder hjernen 2.0.
Forstår følelser
Med ytterligere kalibrering kan styringen gjøres med større presisjon. Andre EEG-lesere har flere kanaler, og kan gi bedre analysegrunnlag. Sensorene kan forstå når du smiler, er nervøs, overrasket eller stressa. Og en hel del andre følelser og uttrykk.
– Det handler om å lese inn signaler og knytte det til kjente data som er lest inn tidligere. Jeg pleier å sammenligne det med musikk-appen Shazam, som gjenkjenner musikken du hører på. Men dette er litt mer avansert, konstaterer Tobias Andersen.
.png){kind=logo}
Kjøre bil
Teknologien kan brukes til å flytte fysiske objekter, foreløpig med noe begrenset presisjon. Det er for eksempel gjort forsøk med Formel 1-bil, fjernstyrte biler og en Tesla (se video).
Bilprodusenten Nissan utforsker nå bruk av denne teknologien for å gjøre bilkjøringen sikrere, med konseptet «Brain-to-Vehicle». Ved hjelp av EEG kan bilen begynne å bremse, svinge eller gasse allerede idet du tenker tanken. Det tar ofte 0,2 til 0,5 sekunder før du faktisk reagerer med en fysisk handling selv, og en ser for seg at dette på sikt kan gi tryggere bilkjøring - for dem som i fremtiden skulle foretrekke å kjøre bilen selv.
Styrer proteser
Et team ved Psykologisk institutt ved Universitetet i Oslo bruker nå et avansert EEG-system med 256 kanaler og høy hastighet for å lære mer om hjernens signaler og hvordan det kan brukes til å styre for eksempel proteser på sikt.
Ved å koble elektrodene direkte til hjernen, såkalt intrakraniell EEG, kan de måle langt svakere signaler enn ved bruk av utvendige elektroder. Det gir mer data og kunnskap om prosessene.
Faktisk så mye data at teamet ved UiO bruker Norges kraftigste datamaskin, tungregnemaskinen Abel, for å bearbeide dataene som kommer ut av systemet. Tor Endestad ved Psykologisk institutt forklarer hvorfor:
– Det er avsindige mengder informasjon. Vi jobber med en mengde data som er nesten helt uforståelig i sitt omfang. Noe av det vi gjør med data for å forstå dem bedre, er å se på hvordan ulike frekvensbånd av pulsbevegelser kan forflytte signaler rundt i hjernen, og hvordan det koordineres, sier Tor Endestad til TU.
- Internet of things: Slik vil de gjøre parkeringsplasser, eldrehjem og laks smartere
Et orkester
Han forklarer nærmere:
– Du kan nesten tenke deg hjernen som et slags orkester som forsøker å spille sammen, med ulike bølgebånd og frekvenser. Vi ser på orkestreringen av dette, hvordan samspillet er for at alle disse delene skal snakke sammen på en måte som gjør at organismen klarer å bevege seg, ta beslutninger og gjøre det som vi mennesker gjør, sier Tor Endestad.
Dette er forskning som tar mye tid og ressurser før det ender opp i praktisk bruk. Ved Universitetet i Oslo måles hjernedata fra epilepsipasienter, som uansett har elektrodene festet til hjernen i påvente av et anfall. Disse pasientene er det bare noen få av i året, og tilgangen på nyttige data er derfor sporadisk. Denne forskningen vil ta mange år, og det er veldig mange variabler å ta tak i.
Prediksjon
– Noe av det mest sentrale vi jobber med nå er prediksjon, altså hvordan hjernen forutser hva som kommer. Dette gjør hjernen veldig elegant, for eksempel når den skal løfte en kopp. Da skjer det en rask antakelse om hvor tung koppen er, og hjernen justerer veldig fort hvor mye kraft som må brukes for å bevege koppen. Vi tror at denne millisekund-prediksjonen er veldig avgjørende for få få til mekanisk utstyr som kan takle slike utfordringer, sier Tor Endestad til TU.
Utfordringer
En stor utfordring med bruken av implanterte elektroder, er risikoen og kompleksiteten ved selve inngrepene, og ikke minst at kroppen skal akseptere et implantat i hjernen over flere år. Torstein R. Meling ved Rikshospitalet er blant dem som nå forsker på hvordan dette kan løses over tid.
I tillegg kommer utfordringene med de enorme datamengdene og prosesseringen av dem. Det kan i teorien løses ved at informasjonen behandles fortløpende med kraftige datamaskiner i nettskyen, men dette ligger nok noen år fram i tid.
Hjerne-Windows?
Bruken av utvendig EEG har en kortere tidshorisont, og kan bli vesentlig på mange områder framover. I forrige uke ble det for eksempel kjent at Microsoft søker patent på en form for hjernestyring av programvare.
Tanken er at du skal kunne gjøre ulike operasjoner i programvaren bare ved å tenke tanken.
Facebook vil lese tankene dine
Facebook har allerede avslørt enda mer ambisiøse planer for bruk av hjernebølger. Allerede i 2019 håper de å kunne demonstrere et system som lar datamaskinen forstå ord du tenker, opptil 100 ord i minuttet. Ideen er at det skal fungere som talestyring gjør i dag, bare at tankestyringen gjør det mer diskret og privat.
Systemene skal plukke opp ordene som hjernen har bestemt seg for å uttrykke, før den sendes til talesenteret i hjernen og blir til uttalte ord. En kan også se for seg enkle kommandoer, «hjerneklikk» i stedet for museklikk. Dette vil ha klare bruksområdet for de fleste, men særlig mennesker som i dag ikke kan uttrykke seg muntlig.
Tor Endestad er mer opptatt av de motoriske sidene av hjerneaktiviteten, og hvordan det kan hjelpe millioner av mennesker med bevegelseshemminger.
Økt livskvalitet
– Den beste motivasjonen ligger i denne massen av mennesker som har funksjonstap. Hvis du satt i en rullestol og ikke kunne røre deg, vil selv ganske enkle bevegelser være til stor hjelp. Dette vil kunne gi økt livskvalitet for en stor gruppe mennesker, sier Tor Endestad til TU.
Tilbake på Oslomet Makerspace ser Tobias Andersen store muligheter for bruk av enkel hjernestyring i framtiden. Også han har latt seg motivere av hvordan hjernestyring kan hjelpe mennesker med begrenset bevegelighet. Gjennom bachelor- og masterstudier har han jobbet med universell utforming av hjernestyring, og hvordan teknologien kan hjelpe mennesker med for eksempel ALS. Han tror bruk av hjernesignaler til slutt blir det optimale bindeleddet mellom mennesker og datamaskiner.
– Mulighetene er uendelige, fastslår Tobias Andersen.
- Les flere innsiktssaker i vår Hvordan virker-seksjon
