Spojení VR s EEG: Inovativní propojení digitálních technologií s nervovou soustavu

V době, kdy se technologie neustále vyvíjejí a otevírají nové možnosti, se vědci na University of Texas v Austinu rozhodli překročit hranice možné s vytvořením virtuální reality schopné snímat Vaši mozkovou aktivitu. Jednoduše si tak můžete představit headset virtuální reality, se kterým nejenom budete moci hrát Beatsaber nebo Half-life Alyx a zároveň se bude monitorovat Vaše mozková frekvenční aktivita. Tento průlomový výzkum přináší nový pohled na to, jak můžeme využít technologii k lepšímu pochopení našeho vlastního mozku a jeho reakcí na různé podněty. Věřím, že si někteří z Vás budou klást otázku: „K čemu by mi vůbec něco takového bylo?“. Na tuto otázku se pokusíme najít odpověď v tomto článku!

Obrázek 1 – Midjourney: VR brýle

EEG senzor: Nový společník ve světě virtuální reality

Výzkumný tým na University of Texas v Austinu vytvořil neinvazivní elektroencefalogram (EEG) senzor, který byl následně nainstalován do headsetu Meta VR. Tento headset lze pohodlně nosit po dlouhou dobu a EEG senzor v něm měří elektrickou aktivitu mozku během ponoření do interakcí VR.

Jestliže jste o elektroencefalografu ještě neslyšeli, není se čemu divit, toto zařízení se používá především v oblasti zdravotnictví zejména neurovědy a psychologie. Pro lepší porozumění se teď na tento nástroj pojďme podívat podrobněji.

Elektroencefalogram (EEG): Okno do našeho mozku

Elektroencefalogram, známý také jako EEG, je neinvazivní metoda měření elektrické aktivity mozku. Tato technologie funguje tak, že elektrody umístěné na pokožce hlavy zachytávají malé elektrické signály, které vznikají v důsledku mozkové aktivity. Tyto signály jsou poté zaznamenány a analyzovány, což nám poskytuje cenné informace o tom, jak náš mozek reaguje na různé podněty. V kontextu virtuální reality nám EEG umožňuje sledovat, jak se mozková aktivita mění v reakci na virtuální prostředí a interakce.

Analogie se šimpanzem

Představte si tuto skutečnost na šimpanzovi. V této analogii se snažíte zjistit, jak se šimpanzi chovají, co předchází jejich jednání, a jak obecně komunikují. Rozhodnete se proto odchytávat jejich „skřeky“ a ve skrytu houštin šimpanze odchytávat. Jak tam, tak sedíte s notýskem a tužkou, posloucháte skřeky a spojujete je s chováním šimpanzů. Tak například 2 po sobě nadcházející rychlé skřeky mohou být signálem pro ostatním, že se blíží nebezpečí (leopard). 

Díky pozorné analýze dokážete rozlišovat, co čemu předchází. U EEG je to stejné, představte si, že hrajete hororovou hru, zatímco máte na hlavě připojené elektrody. Ve chvíli, kdy na Vás něco vyskočí, a Vy se velmi vyděsíte, EEG zaznamená aktivitu v oblastech thalamu (zpracovává smyslové informace), amygdaly (vyhodnocování hrozeb) nebo hypothalamu (řídí například srdeční a dechovou frekvenci). Kromě toho samozřejmě dojde k sekreci (vyplavení) různorodého koktejlu hormonů, kam bychom mohli zařadit například adrenalin (také znám jako epinefrin), kortizol nebo 

Obrázek 2 – Midjourney: šimpanz

Spojení VR s EEG: Mnohocestná křižovatka využití

Zpět ale k našemu VR zážitku. Na začátku jsem se zmiňoval, že si povíme, v čem může tato speciální virtuální realita být užitečná. Tak tedy do jejích schopností spadá například pomoc lidem trpícím úzkostí, měření pozornosti nebo duševního stresu pilotů pomocí leteckého simulátoru, nebo dokonce poskytnout člověku možnost vidět skrze oči robota.

Zdravotnictví

U toho ale nekončíme, spojení VR a EEG může nadále výrazně přispět do oblasti zdravotnictví, kde by tato technologie mohla být využita k léčení různých psychických poruch, jako je například posttraumatická stresová porucha, pomocí expozice a desenzibilizace v bezpečném a kontrolovaném virtuálním prostředí. 

Interaktivní vzdělávání

Ve vzdělávání by VR a EEG mohly poskytnout učitelům a studentům nové způsoby, jak se ponořit do učiva a lépe pochopit složité koncepty. A v herním průmyslu by tato kombinace mohla vést k vytvoření nových, imerzivních zážitků, které by byly nejen zábavné, ale také by nám poskytovaly hlubší pochopení našeho vlastního mozku.

Obrázek 3 – Midjourney

Získávání zpětné vazby

Jak jste tedy nejspíše uhodli, hlavním účelem je získávání zpětné vazby, která může být užitečná právě v sektorech vědy, výzkumu a klinických studií. U těchto oblastí však nezůstáváme, VR by mohlo být i skvělým asistentem pro Vaše osobní využití. Mohli byste tak na základě měření Vaší mozkové aktivity dostávat doporučení či zpětnou vazbu ohledně možné optimalizace Vaší nervové soustavy.

Optimalizace zdravotního stavu

Asi to znáte – cítíte se unavení, podráždění, nejste pořádně schopni se soustředit a do toho máte emoční výkyvy. Nejspíše každý, kdo se v takové situaci nacházel může potvrdit, že to vůbec není připojené, a to obzvláště, když se po Vás ještě něco chce. Problémem je, že mnoho lidí nezná příčinu tohoto tzv. brainfogu (mozkové mlhy), a tudíž jsou bezradní. Právě VR v kombinaci s EEG by Vám mohla pomoci v rozpoznání potenciálních příčin a poradit Vám, jak byste měli postupovat, abyste se cítili zdraví jako ona „pověstná rybička“.

Efektivní analýza

„Virtuální realita je mnohem více ponořující než jen něco dělat na velké obrazovce,“ řekla Nanshu Lu, profesorka na Katedře leteckého inženýrství a inženýrství mechaniky na Cockrell School of Engineering, která vedla výzkum. „Poskytuje uživateli realističtější zážitek a naše technologie nám umožňuje získat lepší měření toho, jak mozek reaguje na toto prostředí.“ Výzkum je publikován v Soft Science.

Obrázek 4 – Midjourney: EEG

Spojení VR a EEG senzorů: Krok do budoucnosti

Spojení VR a EEG senzorů se již dostalo do komerční sféry. Avšak zařízení, která dnes existují, jsou nákladná a výzkumníci tvrdí, že jejich elektrody jsou pro uživatele pohodlnější, by mohlo prodloužit potenciální dobu nošení. Hlavní problém ale nečiní pouze cena, nýbrž i výdrž baterie (máte-li bezdrátové vybavení). Toho je důkazem i nedávno představený VR headset od společnosti Apple, s názvem Apple Vision pro, který s cenovkou 3 500 dolarů a výdrží 2 hodin rozhodně nebude pro každého. Jinak ale headset disponuje velmi zajímavými a užitečnými funkcemi – pakliže byste se chtěli dozvědět více, můžete si přečíst můj nedávný článek: Apple Vision Pro: Virtuální budoucnost je tady – anebo ne?.

Potenciální výzvy

Nejlepší EEG zařízení dnes sestávají z čepice pokryté elektrodami, to ale bohužel s VR headsetem dobře nefunguje. Dále také jednotlivé elektrody často narážejí na problém s přesným čtením (analyzováním mozkové činnosti), a to z důvodu našich vlasů (plešatí lidé budou mít výhodu), které brání v přímém kontaktu s pokožkou hlavy. Nejrozšířenější typy elektrod mají tuhou konstrukci ve tvaru hřebenu, který se prochází skrz vlasy až k pokožce, což může být pro uživatele nepříjemné.

Kromě výdrže, cenovky a praktické funkčnosti se zde také bude svou roli hrát i uživatelský komfort. Pořád zde totiž zůstává otázka, jak pohodlné bude takový VR headset nosit po delší časovou přímku. A přiznejme si, nosit na hlavě několika kilový závaží (samozřejmě trochu přeháním), které ani není pořádně pohodlné, není to pravé ořechové.

„Všechny tyto mainstreamové možnosti mají významné nedostatky, které jsme se snažili překonat naším systémem,“ řekl Hongbian Li, výzkumný pracovník v Luově laboratoři.

Uživatelský přívětivá elektroda

Pro tento projekt výzkumníci vytvořili měkkou elektrodu z měkkých, vodivých materiálů, které by výše uvedené vlasové problémy mohli překonávat, což ostatně bylo i Liemovo záměrem. Modifikovaný headset obsahuje elektrody napříč horním popruhem a čelním polštářkem, flexibilní obvod s vodivými stopami podobnými Luovým elektronickým tetováním a zařízením pro záznam EEG připevněným na zadní straně headsetu.

Obrázek 5 – Midjourney: Luovo elektronické tetování

Využití v dalším výzkumu: Roboti doručovatelé

Tato technologie najde uplatnění v ambiciózním výzkumném projektu na UT Austin, který se zaměřuje na novou síť robotického doručování. Tento projekt představuje zároveň nejrozsáhlejší studii zaměřenou na interakci mezi člověkem a robotem.

Lu se aktivně podílí na realizaci tohoto projektu. VR headsety budou využívány lidmi, kteří budou spolupracovat s roboty, ať už přímo na místě nebo z dálkové „observatoře“. Uživatelé budou mít možnost sledovat dění z pohledu robota a zařízení navíc vyhodnotí mentální zátěž spojenou s dlouhodobým pozorováním.

„Pokud můžete vidět skrze oči robota, maluje to jasnější obraz toho, jak lidé na něj reagují a umožňuje operátorům sledovat jejich bezpečnost v případě potenciálních nehod,“ řekl Luis Sentis, profesor na Katedře leteckého inženýrství a inženýrství mechaniky, který spoluvede projekt doručování robotů a je spoluautorem na VR EEG papíru.

Docela zajímavé, nemyslíte? Představte si, že byste na sebe nasadili VR brýle a dokázali byste vidět a vnímat skrze „robotické smysly“. Tento koncept můžete nalézt například ve hře Cyberpunk 2077, kde přesouvání svého vědomí a vnímání skrze kamery, roboty či různé drony je velmi častou záležitostí.

Testování VR EEG headsetu: Hra jako zkouška ohněm

Pro otestování funkčnosti VR EEG headsetu, výzkumníci vyvinuli speciální hru. Ve vývoji této simulace spolupracovali s José del R. Millánem, odborníkem z Chandra Family Department of Electrical and Computer Engineering a Dell Medical School, který je známý svými pracemi v oblasti rozhraní mezi mozkem a stroji. Simulace vyžaduje od uživatelů, aby reagovali na různé řídící příkazy stiskem tlačítka.

Pomocí EEG je monitorována mozková aktivita uživatelů během rozhodovacích procesů v simulaci. Konkrétně tato měření odhalují míru pozornosti jednotlivých účastníků.

Tým výzkumníků již podal žádost o patent na tuto EEG technologii a je připraven spolupracovat s firmami v oblasti VR na integraci této inovace do jejich produktů.

Obrázek 6 – Midjourney: digitální prostředí

Spojení VR a EEG technologie představuje novou éru v našem porozumění a interakci s naším vlastním mozkem. Ačkoli stále čelíme různým výzvám, budoucí výzkum a inovace nám mohou otevřít nové možnosti a aplikace, které byly dříve považovány za nemožné. Ať už se jedná o léčbu psychických poruch, vytváření nových vzdělávacích programů nebo poskytování hlubšího pochopení našeho vlastního mozku, je zřejmé, že do budoucna se budeme moci dočkat mnohem sofistikovanějších, méně nákladných a relativně praktických VR headsetů, které pro nás možná budou tak nezbytné, jako je dnes mobilní telefon.