Aivokäyttöliittymät (Brain-computer interfaces, BCI) saivat uuden näyttävän sovelluksen toukokuussa, kun Stanfordin yliopiston Frank Willetin johtama työryhmä julkaisi Nature-lehdessä tutkimuksensa tuloksia. Suomessa asiasta kirjoitti ensimmäisenä Helsingin Sanomat.
Willetin ryhmä kehitti tekoälyyn perustuvan ja päähän asennettavien anturien avulla tavan, jolla neliraajahalvaantunut 65-vuotias mies pystyi tuottamaan tekstiä kohtuullisen nopeasti (18 englannin sanaa minuutissa) ja suhteellisen tarkasti (94 prosenttia kirjaimista oikein). Koehenkilön päähän asennettiin kaksi pientä anturia, ja hän kuvitteli kirjoittavansa käsin: ja kas, tuloksena oli kirjaimia, tekstiä.
Aikaisemmissa BCI-menetelmissä halvaantuneet ihmiset ovat osoittaneet kirjaimia "näppäimistöltä", Willetin ja kumppaneiden menetelmä on lähempänä käsin kirjoittamista. Lisäksi se on huomattavasti nopeampaa ja sujuvampaa.
Onko Willetin ja kumppaneiden kehittämä kirjoitusmenetelmä käänteentekevä, professori Hanna Renvall?
– Willetin ryhmä on luonut selvästi uutta. Luonnollinen kirjoittaminen tuottaa hyvän aivosignaalin, ja menetelmän signaali-kohina-suhde on hyvä, jolloin kirjainten tuottaminen on tarkkaa. Tekoäly on valjastettu tehokkaasti, eli kone on oppinut yhteyden aivosignaalin ja kirjainten välillä nopeasti, luettelee Renvall.
– Mutta aivoihin kajoavana menetelmänä Willetin ryhmän työ on vasta ensiaskel. Koe pitää toistaa useammalla koehenkilöllä ja pyrkiä kajoamattomaan menetelmään, jossa esimerkiksi hermosolujen tuottamaa sähkökenttää luetaan pään ulkopuolelta. Kun kajoamaton kaikille soveltuva BCI onnistutaan kehittämään, uskon Nobelin palkinnon olevan lähellä.
Hanna Renvall on HUS:n ja Aalto-yliopiston yhteisprofessori sekä BioMag-laboratorion johtaja. Koulutukseltaan hän on lääketieteen tohtori ja diplomi-insinööri.
Kajoavilla menetelmillä ongelmia
Renvall esittelee BCI:n kaksi päälinjaa: kajoavat ja kajoamattomat menetelmät. Kajoavien menetelmien, kuten Willettin, ongelmana on riski tulehduksille, antureiden irtoaminen, aivojen arpeutuminen ja se, ettei antureiden paikkaa voi helposti vaihtaa.
Hänen johtamassaan BioMag-laboratoriossa HUS:ssa käytetään kajoamattomia menetelmiä aivomagneettikäyrän tutkimisessa eli magnetoenkefalografiassa (MEG).
– Periaatteessa päähän laitetaan kypärä. MEG:n avulla voimme tutkia tarkasti aivotoimintaa, koska toisin kuin sisarmenetelmä EEG:ssä eli aivosähkökäyrässä, ihmisen kallo ja muut ympäröivät kudokset eivät häiritse MEG-mittauksia, Renvall toteaa.
Hänen mukaansa MEG:n avulla tehtävä tutkimus on kovin suomalaista. Ensimmäinen koko pään kattava tutkimuslaitteisto kehitettiin Suomessa. Kypärän valmistanut Neuromag-yhtiö myytiin ensin Ruotsiin ja sitten USA:han. Tällä hetkellä se toimii MEGIN-nimellä, ja pitää pääkonttoriaan USA:ssa, mutta tutkimustoiminta tehdään Helsingin Vallilassa.
Nobelin arvoinen keksintö?
Milloin aivojen kuvantamisessa ja vammautuneiden ihmisten apuvälineiden kehittämisessä on tulossa Nobelin arvoinen keksintö?
– Kajoamattomien BCI-sovellusten kehittäminen oli kuuminta hottia 15 vuotta sitten. Näin Hollannissa, kun kahdella aivoskannerilla pelattiin aivopingistä. Koneoppiminen tulee rytinällä. Viisi vuotta ei taida riittää, arvaisin tarvittavan 10 vuotta, ennen kuin Willetin keksinnön kaltainen ei-kajoava kuvantamismenetelmä tuottaa jollekulle Nobelin palkinnon, sanoo Renvall.
Hänen mukaansa koneoppimiseen ja aivojen kuvantamiseen on havahtunut myös EU. BioMag-laboratorion ja Aalto-yliopiston tutkijat saivat maaliskuussa 2021 espanjalaisen, norjalaisen ja italialaisen kumppanin kanssa 14 miljoonan euron tutkimusrahoituksen 5-vuotiseen projektiin, jossa pyritään löytämään Alzheimerin tauti varhaisessa vaiheessa.
Lisätietoja:
Nature-lehden artikkeli (maksumuurin takana)
Francis R. Willett, Donald T. Avansino, Leigh R. Hochberg, Jaimie M. Henderson, Krishna V. Shenoy: High-performance brain-to-text communication via imagined handwriting (vapaasti luettava esijulkaisu)
Jaakko Takalainen
Uutinen on julkaistu aiemmin Lääkärilehden verkkosivuilla.
