Neinvazivní ultrazvukové BCI: Opravdu do mozku jen „posílá“ signály, a neumí z něj informace „přečíst“?

Klíčové poznatky

• Ultrazvuk umí do mozku „zapisovat“: Transkraniální ultrazvuková stimulace (TUS), známá také jako transkraniální fokusovaný ultrazvuk (tFUS), slouží jako neinvazivní metoda neuromodulace. Dokáže ovlivňovat nervovou aktivitu v kůře mozkové i v hlubších mozkových strukturách. Představte si to jako neinvazivní „dálkové ovládání“ neuronů s vysokou přesností.

• Ultrazvuk umí mozkovou aktivitu i „číst“: Vědecké týmy zkoumají funkční ultrazvukové zobrazování (functional ultrasound imaging, fUS) pro sledování mozkové činnosti. Tato technologie je považována za potenciální kanál pro čtení signálů v rámci neinvazivních BCI. Není to tedy jen vysílač, ale i přijímač.

• Tvrzení, že ultrazvuk pouze vysílá signály do mozku, je nepřesné: V odborné literatuře se již objevují přehledy, které současně diskutují jak ultrazvukové zobrazování mozku, tak ultrazvukovou neuromodulaci, a dokonce i uzavřenou smyčku (closed-loop) ultrazvukové neuroregulace založenou na EEG. To znamená, že se testuje kombinace čtení (např. EEG) a zápisu (ultrazvuk) v reálném čase.

• Schopnost „číst“ ale nerovná se vyspělé BCI čtení: Stávající neinvazivní BCI stále zápasí s vysokou chybovostí. Z tohoto důvodu se například výzkumníci snaží pomocí tFUS modulovat oblasti mozku spojené s pozorností, aby tím zlepšili výkon vizuálně-motorických BCI. Pokud by čtení bylo dokonalé, nebylo by nutné výkon tímto způsobem posilovat.

• Obousměrné systémy již byly experimentálně testovány: Jeden výzkum popisuje integraci fokusované ultrazvukové stimulace se strojovým učením pro dekódování mozkových vln. Ve studii s 25 účastníky se podařilo realizovat obousměrné BCI funkce, tedy jak kódování, tak dekódování mozkových vln. Tyto výsledky je však třeba vnímat spíše jako vědecký pokrok než jako důkaz, že máme v ruce produkt připravený na trh.

Jak to tedy přesněji popsat?

• Pokud říkáte, že mnoho současných ultrazvukových BCI klade hlavní důraz na neinvazivní stimulaci/modulaci, máte pravdu.
• Pokud tvrdíte, že všechna ultrazvuková BCI umí pouze jednosměrně posílat signály do lebky a neumí číst vnitřní informace, není to pravda.
• Pokud zastáváte názor, že současná neinvazivní obousměrná BCI ještě nejsou vyspělá a k opravdovému vysoce výkonnému dialogu mezi lidským mozkem a strojem v reálném čase jim stále hodně schází, je toto hodnocení přesnější.

Stručný závěr

Ultrazvuková cesta nabízí oba technické směry – čtení i zápis: Zápis zajišťuje transkraniální ultrazvuková stimulace, čtení je realizováno pomocí funkčního ultrazvukového zobrazování nebo v uzavřených systémech kombinací ultrazvuku se signály EEG. Většina dnešních neinvazivních BCI se však stále nenachází ve stadiu vyspělé obousměrné komunikace, nýbrž ve fázi, kde převažují jednosměrné aplikace a obousměrná uzavřená smyčka se teprve postupně ověřuje.