Rozšíření výstupů lidského mozku
Naše smysly nás zásobují ohromným množstvím informací. Jen pro ilustraci; I když nemá moc velký smysl počítat smyslový datový stream v běžně udávaných jednotkách, protože zde často hraje poměrně velkou roli různá komprese, třeba u oka se to odhaduje na přibližně 10Mb/s. K tomu si přidejte teplotní senzory po celém těle, senzory tlaku, bolesti, pozice, chutě a tak dále.
Lidské výstupy jsou oproti tomu dost slabé. V podstatě se omezují na (ne)vědomé ovládání stovek různých svalů, silně omezený zvukový výstup (což jsou taky svaly) a tím to hasne.
Lidská komunikace s počítačem tento trend kopíruje, poměrem někde u 1:1000 vstup/výstup. Výstupní zařízení počítače mají typicky velmi velké toky (Gb/s obraz, ~1.4Mb/s zvuk), zatímco ty lidské výstupní, přes které můžeme počítač ovládat, se pohybují v řádu desítek bajtů za vteřinu v případě klávesnice a myši a 1.4Mb/s v případě nekomprimovaného audia. Z něj však pro samotné ovládání počítače budou extrahovány pouhé jednotky/desítky bajtů na vteřinu nahrávky.
Když se snažím, jsem schopný se při psaní přiblížit někam k 350 znakům za minutu. Kdybych se překonal, tak možná zvládnu i 400. Nejrychleji momentálně změřený, žijící a píšící člověk na světě, Barbara Blackburn se dle wikipedie dokázala dlouhodobě pohybovat okolo 850 znaků (+150 mezer mezi slovy) za minutu, krátkodobě pak až u neuvěřitelných 1060 (+ 212 mezer) znaků. To není vůbec špatné, na to, že její mozek musel provádět překlad na pouhých deset prstů a trochu 2D pohybu rukou. Nevím jak vám, ale mě trvalo naučit se psát přijatelnou rychlostí celé roky.
Kam tím mířím? Současné způsoby ovládání počítače jsou technologicky poměrně primitivní, náročné na naučení a bez výjimky zoufale pomalé co se týče datového toku, který jde z lidského mozku přes několik technologicko-biologických konvertorů do počítače.
Co s tím?
Dospěl jsem k názoru, že potřebujeme ekvivalent sériové linky, který by sloužil jako výstup z člověka. Všichni jsme četli, či viděli nějaké to sci-fi, kde si hrdinové připojí do těla konektor a ocitnou se v počítačovém světě, či si takto předávají myšlenky, nebo vzpomínky. Neuromancer, Hardwired, knihy od Ashera, Matrix, Existenz, Ghost In The Shell a spousta dalších. Pravděpodobně všichni také vnímáme, že podobné technologie jsou zatím velmi, velmi daleko, pokud vůbec možné. Navrhuji proto nezabývat se přenosem myšlenek, obrazů, vzpomínek, simulací reality a všemi ostatními, utopistickými výmysly. Zaměřme se na obyčejnou sériovou linku, prostý přenos textu z člověka ven, bez zpětného kanálu, rychlostí pár jednotek či desítek bajtů za vteřinu. To vše formou nějakého technologického zařízení, které nebude vyžadovat pohyb svalů a složité ovládání složitého zařízení.
Jak jsem psal - když se snažím, tak se dostávám někam k 400 znakům za minutu. To je cca 7 znaků za vteřinu, což nezní tak nereálně, jako přenos myšlenek, obrazů a já nevím čeho všeho. 7 bajtů za vteřinu.
Bylo by v současnosti možné dostat z mozku 10 znaků za vteřinu?
Technologie
Invazivní operace
To co každého napadne v souvislosti s mozkovými implantáty je pravděpodobně konektor v hlavě, do kterého se strká kabel. Je to určitě možnost, ale přiznejme si to - kdo by si chtěl se současnou úrovní vědy nechat voperovat cosi do mozku? Pro mě osobně je to docela děsivá představa. V příštích 20 letech se něco podobného imho jen stěží stane běžnou operací, což ale neznamená, že by v tomto směru neprobíhal velmi zajímavý vývoj. Ten se však v současnosti zaměřuje převážně na různě postižené lidi. Existují implantáty tlumící epilepsii, částečně nahrazující zrak, sluch a dokonce i nějaké to ovládání strojů by se našlo.
Ve všech případech se však jedná o velmi náročné operace prováděné špičkovými odborníky a výsledky nejsou nic moc. Podle toho co zmiňují Anne Hanrath a Dominic Portrain v přednášce z 30c3, tak elektrody navíc podléhají degradaci, kdy je mozek vytěsňuje a obaluje biomateriálem, který způsobuje, že ztrácí kontakt. Pravděpodobně by to šlo vyřešit nějakou pokročilou biotechnologií, ale opět - zatím tam nejsme a až budeme, tak to stále bude velmi drahá a obtížně dosažitelná záležitost pro normálního člověka, který netrpí například kompletní paralýzou.
Jak to funguje
Většina současných přístupů funguje na zastrkávání drátů do hlavy a doufání, že si to mozek nějak přebere. Je fakt, že neuronové sítě se tomu umí přizpůsobit a na elektrické impulzy, které jsou do mozku přiváděny se během pár dní naučí reagovat a dekódovat je.
U některých lidských subsystémů již vědci zjistili, jak je dekódovat, takže například černobílý obraz se dá posílat do mozku v očekávaném formátu. Mozek se toho tedy nemusí zas tak moc učit a je zde větší pravděpodobnost, že to bude fungovat spíš než v případě, kdy tam prostě zapíchnete pár drátů, pošlete do nich MPEG a budete doufat, že si mozek nějak vytvoří dekodér sám.
Poslední dobou se na tohle téma objevilo několik článků, kde si vědci hráli s myšími mozky a různě je spojovali: Creating a False Memory in the Hippocampus, A Brain-to-Brain Interface for Real-Time Sharing of Sensorimotor Information, Intercontinental mind-meld unites two rats.
Jak jsem už psal - za deset, dvacet, nebo možná za padesát let, až se dostaneme v nano, bio a neuro-technologii dostatečně daleko, tak bych o něčem podobném možná i začal uvažovat. V současnosti se mi tahle možnost jeví běžnými smrtelníky prakticky nedosažitelná, nejen z hlediska technologie a ceny, ale i z hlediska morálky, kdy by bylo opravdu těžké někoho přesvědčit, aby vám implantát implantoval.
Z mého pohledu se to trochu podobá situaci, jako kdyby jste odcestovali padesát let do minulosti s nejnovějším počítačem a tam se snažili pomocí jejich technologií navrtat kryt CPU a strkáním drátů na náhodné místo na čipu přidat další GPIO. Se správnými znalostmi protokolů, sběrnic, mikroelektroniky, mikroskopie a chemie to není tak velký problém, ale pokud je nemáte, může vám trvat léta, během kterých odpálíte pár set čipů.
Side channel
Snad každý, kdo si někdy hrál s osciloskopem zaznamenal, že když se chytne sondy, tak se obrazovka divoce rozvlní. Vysvětlení je jednoduché - lidské tělo funguje jako vysílačka, vysílající rušení na mnoha různých frekvencích. Na vysílání se z velké části podílí mozek, kde během každé vteřiny probíhají miliardy elektro-chemických procesů, které jsou průvodcem myšlení.
Odchytáváním těchto signálů je možné pasivně sledovat co mozek dělá a díky tomu z něj dostat data. Komunikace je sice jednostranná, ale to zas tak moc nevadí, protože cílem je prostá sériová linka.
Možnosti provedení se dají rozdělit do několika kategorií;
Nitrolebeční implantát
Namísto vložení implantátu přímo do tkáně mozku se v tomto případě používají snímací elektrody, které se umístí mezi mozek a lebku. Elektrody jsou čistě pasivní, v podstatě se jedná o malé antény, které zachytávají vyzařovanou energii. Díky tomu, že není nutno zasahovat přímo do mozku a že celé elektrody nemají přímý dotyk s neurony nevadí jejich obalování v rámci odmítání cizích těles. Také se jedná o podstatně jednodušší operaci.
Ačkoliv se jedná o řádově jednodušší záležitost než ostatní invazivní techniky, stále vám musí odklopit kus lebky, což není úplně triviální. Přesvědčit nějakého odborníka, aby se do toho pustil jen tak, bez závažných (zdravotních či peněžních) důvodů by nejspíš dalo zabrat.
Dotykový senzor
Dnes nejpoužívanější technika, kterou můžete koupit i v lepších prodejnách elektroniky. Používá se několik elektrod pro EEG na klíčových místech lebky. Současné komerčně dostupné prostředky nabízejí 1 až 14 elektrod, což je poměrně málo v porovnání s tím, co mají dostupné výzkumníci (viz video z ccc, kde se zmiňuje o 128 až 256 kanálech).
Dle mého názoru tahle technologie nemá v příštích pár letech moc velký potenciál na cokoliv seriózního. Výrobci se zaměřují většinou na hraní (pokud z toho dostanete výstup ve stylu nahoru/dolu/.., tak je to úspěch) a výzkumníky zase zajímá teorie, nikoliv praktická použitelnost. Ve výsledku tak získáváme nepohodlné helmy, které se musí neustále kalibrovat, jsou drahé (stovky až tisíce dolarů), nepohodlné, nepřesné a s výslednými signály toho zas tak moc nejde dělat.
V současnosti se sériové lince nejvíc podobá intediX personall speller, což je zařízení, které před vás promítá matici znaků, které různě problikávají. Díky čtení EEG dokáže zjistit, na který znak se díváte, protože registruje signály, kterými probliknutí provází váš mozek. Rychlost nahovno 4/min
Podkožní implantát
Když dotykové senzory nejsou nic moc a ty nitrolebeční mají zase potřebu náročné operace, co se takhle pokusit o kompromis?
Alternativou by mohly být implantáty, které by formou piercingu mohl pod kůži implantovat třeba tetovací salon. Dalo by se jich dát poměrně hodně, cena by relativně nízká, sběr dat bezdrátový, fungující podobně jako RFID, či NFC. Uživateli by stačilo přiložit k hlavě bezdrátový snímač, který by se staral o stahování dat a o veškeré zpracování by udělal výkonný počítač.
Mnohé by tato technologie asi odradila, protože stále vyžaduje invazivní zásah do těla, ovšem na nijak zásadní úrovni a byla by poměrně jednoduše reverzibilní - pokud by se objevily komplikace, tak by prostě stačilo jednotlivé elektrody zase vytáhnout.
Pokud by tenhle přístup nabídl dostatečně široký výstupní kanál, imho by si tato technologie našla rozsáhlou klientelu.
Bezdotykový senzor
Alternativou pro milionáře a všechny, kdo to myslí skutečně vážně, by potom mohl být vysoce drahý a vysoce kvalitní bezdrátový senzor.
Jde o to, že malé elektrody by se nahradily super kvalitními směrovými anténami s příslušným analogovým postprocessingem. Výsledkem by pravděpodobně bylo něco docela gigantického, co by vyžadovalo, aby člověk seděl v křesle a pokud možno se nehýbal.
Představit si to můžete jako prstenec ze směrových antén, nebo jako fMRI (magnetická rezonance). Cena by byla pravděpodobně velmi vysoká, ale v případě fMRI by se to mohlo vyplatit, protože hned po neurálním implantátu by to asi mohlo mít nejlepší rozlišení.
Jak si to představuji
TODO
- ☐ Huiman a vysvetleni proc vlastne, pocitac jako rozsireni mysli (zminka o asherovi?)
- ☐ Počítač jako rozíření mysli, mindspace a abstraktní protokoly komunikace (=programování)
- ☐ Mindspace, aneb jak to může fungovat
- ☐ Pasivní komunikace, aneb upravujeme protokol zpětnou vazbou
- ☐ Technické řešení
- ☐ nastudovat metody a jejich úspěchy
- ☐ Finální otázka na čtenáře-techniky se zkušenostmi.
- ☐ OpenBCI
- ☐ tohle přidat do úvodu http://abstrusegoose.com/171http://www.carboncopies.org/substrate-independent-minds
