טום, משותק בארבע גפיים, הצליח להטיס רחפן ולנווט מסלול מכשולים באמצעות מערך מיקרו־אלקטרודות מושתל ופענוח תנועות אצבע “ווירטואליות” – קפיצת מדרגה בדיוק ובמהירות השליטה ב־BCI.
ד"ר עדי יניב, אתר מכון דוידסון, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
טום (שם בדוי) היה גבר שחי חיים רגילים. הוא לא חשב הרבה על פעולות יומיומיות שרצה לבצע, אלא פשוט עשה אותן – הוא כתב, מזג מים לכוס ושיחק במשחקי וידאו ומחשב. אך אז הוא נקלע לתאונה, נפגע בחוליות הצוואר ונותר משותק בידיו וברגליו. הוא לא יכול ללכת, לא יכול להזיז את ידיו ונזקק לסיוע בפעולות יומיומיות רבות. כעת, בזכות פיתוח טכנולוגי חדש, טום בן ה-69 יכול “להתרומם מהמיטה”, כביכול, בכוחות עצמו. גופו אומנם נותר משותק מהצוואר ומטה, אך כך בדיוק הוא מתאר את תחושת השחרור שמתעוררת בו כשהוא משתמש בממשק מוח-מכונה שמאפשר לו להטיס רחפן ולנווט אותו בין מכשולים.
מערכות ממשק מוח-מכונה מאפשרות ליצור תקשורת בין המוח לבין מכשיר חיצוני. תפקידן הוא לתרגם אותות מוחיים לפקודות הפעלה של מכונות, למשל מחשב או זרוע רובוטית. רבים מהממשקים הללו אינם פולשניים, אלא מתבססים על ניטור הפעילות החשמלית הכוללת של המוח באמצעות אלקטרודות שמוצמדות לראש. האלקטרודות האלה מחוברות למכשיר EEG, או אלקטרואנצפלוגרף, שמסכם את כלל הפעילות החשמלית שמתרחשת בתאי העצב שמתחת לכל אלקטרודה. כך אפשר ליצור מערכת שתקשור באמצעותו, למשל, תדרים מסוימים של הפעילות החשמלית באזורים נבחרים של המוח לפעולה פשוטה שהוגדרה מראש, שתבצע מכונה: למשל ניווט מכונית צעצוע או שליטה בסמן על מסך מחשב.
ממשקים אחרים הם דווקא פולשניים, ומחייבים להצמיד אלקטרודות זעירות לתאי עצב באזור מסוים במוח כדי לרשום את הפעילות העצבית. בשנת 2016, כחלק ממחקר אחר, הושתלו במוחו של טום שני מערכי מיקרו-אלקטרודות באזור השולט בתנועות הידיים. הפעם השתמשו באותות שמתקבלים מהאלקטרודות שבמוחו על מנת לאמן את טום לבצע בעת ובעונה אחת תנועות נפרדות באצבעות של יד וירטואלית. יכולת כזאת לא רק מהנה, ואינה מסתכמת רק בהטסת רחפן, כפי שנעשה בניסוי. אותה יכולת בדיוק מאפשרת לשלוט במקלדת של מחשב או בכפתורים ובמוט ההיגוי של מרבית משחקי המחשב. מדובר בצעד חשוב ליצירת עולם שבו משותקים יוכלו לשחק בכל משחק, להקליד במהירות ולקיים אינטראקציות חברתיות וירטואליות.
טום מזיז את אצבעות כף היד הווירטואלית שעל המסך מולו
לעוף בלי לדעת לעוף
כדי להפעיל ממשק מוח-מכונה לא מספיק לחשוב “אני רוצה שהרחפן ימריא”. מה שנחוץ זה לקשר אותות מוחיים ספציפיים לאלגוריתם – רצף של הוראות וכללים – שיאפשר לקרוא אותם ולקשר אותם לפקודה מסוימת. אף שטום סובל משיתוק עקב הפגיעה בחוט השדרה שלו, מוחו פועל ויכול לשלוח פקודות שמיועדות לשרירים. הפקודה אומנם לא תגיע לשריר, אולם האלקטרודות שהושתלו במוחו מסוגלות להבחין בפעילות המוחית הקשורה בה.
אך החוקרים לקחו על עצמם משימה מורכבת במיוחד. בדרך כלל ממשקים כאלה משמשים לביצוע פעולות פשוטות, למשל הזזה של עכבר מחשב – פעולה שנעשית על ידי איבר אחד: מפרק כף היד. כאן הם רצו לאפשר פעולות מורכבות המבוצעות בידי צירופים של שלוש קבוצות של אצבעות, בדומה להתקני ההפעלה של רוב משחקי המחשב כיום, שדורשים להפעיל בנפרד שתי אצבעות או שלוש. שילוב התנועות של האצבעות השונות מאפשר מגוון רב של תנועות מורכבות.
טום התאמן תחילה בהזזת אצבעות כף יד וירטואלית שהופיעה על המסך מולו, על ידי כך שחשב או דמיין את ביצוע התנועות הללו בידו המשותקת. החלק המאתגר ביותר היה ללמוד לשלוט בנפרד באגודל ובאצבעות שלו, כך שינועו לכיוונים שונים.
אחרי שפיתח מיומנות בפעולות האלה, העלו החוקרים את רמת הקושי וטום התאמן בהזזת האגודל לבדו, האמה והאצבע יחד, והקמיצה והזרת יחד. כעת היו לו שלוש קבוצות של אצבעות לשלוט בהן. בכל פעם הוא נדרש להזיז את קבוצת האצבעות אל מטרה כלשהי על המסך, בעוד האצבעות האחרות אינן זזות. כך רכש שליטה מדויקת למדי בכף היד הממוחשבת במגוון תנועות.
אחרי שלמד לשלוט ביד הווירטואלית, טום השתמש בה כדי לשלוט ברחפן שהוקרן על מסך. מיקום האצבעות של כף היד הווירטואלית תורגם לשינויים במהירות הרחפן ובכיוון התנועה שלו: האצבע המורה שלטה במהירות הנסיקה ואילו הזרת שלטה בסיבוב ימינה ושמאלה. מאחר שהאגודל נהנה מאפשרויות תנועה רבות יותר משאר האצבעות, הוא שלט בכיוון התנועה ובמהירותה בציר האופקי והאנכי. כך טום התאמן בהזזת האצבעות, ולדבריו האימונים לא היו קשים במיוחד.
הזזת אצבעות כף היד הווירטואלית שולטת ברחפן ומעבירה אותו דרך מסלול מכשולים על המסך
“כמו לנגן בקלרינט של מישהו אחר”
במהלך האימונים אמר טום שהיה לו הכי קל לשלוט ברחפן כשהביט בו ובתמונת היד הווירטואלית יחד. כשהתבקש לתאר את המעבר משליטה ביד הווירטואלית לשליטה ברחפן, אמר, “(נניח ש)אתה נגן קלרינט ופתאום אתה מנגן בכלי של מישהו אחר – אתה מרגיש בהבדל ויש עקומת למידה, אך הנגינה מבוססת על השליטה שלך בקלרינט שלך”.
כדי לבחון את השליטה שלו ברחפן הציגו לטום מסלול מכשולים שדרש ממנו להעביר את הרחפן מבעד לטבעות פזורות. ביצועיו עלו בהרבה על אלה שהושגו בניסיונות קודמים לשלוט ברחפן באמצעות ממשק מוח-מכונה. לעומת המערכת הקודמת, שבה הצליחו להעביר רחפן מבעד לשלוש טבעות בתוך ארבע דקות, במערכת הנוכחית טום צלח דרך 18 טבעות בפחות משלוש דקות! מדובר בשיפור משמעותי מאוד שמעיד על התקדמות ניכרת בפענוח האות המוחי ובהעברתו.
נכים רבים סובלים גם מבדידות ומשיעמום עקב מגבלותיהם. שליטה במשחקי וידאו עשויה לעזור להם להפיג את השיעמום ובה בעת לפתוח עבורם ערוץ לתקשורת חברתית ומשחק עם אחרים. החוקרים מספרים שטום התלהב מהטסת הרחפן עד כדי כך שמעולם לא נלאה מהאימון וביקש לעצור אותו. הוא אמר להם, “אני מרגיש שאנחנו יכולים לעבוד עד תשע בערב” ולא הפגין כל סימן של עייפות או שיעמום מהאימונים החוזרים ונשנים. לעיתים אף תרגל את הטסת הרחפן ביוזמתו, מחוץ לשעות המחקר הרשמיות. המוטיבציה הגבוהה שלו לשלוט ברחפן התבססה לא רק על רצון לתרום למדע אלא גם מתחושת הצלחה ומסוגלות. הניסיון המחקרי שנצבר במחקר הזה ובדומים לו מסייע לנו להבין טוב יותר את קידוד הפעילות המוחית והתרגום שלה לפקודות מכונה. לדוגמה, מדענים לומדים כך כמה ממדים שונים צריך כדי לשלוט במכשיר מסוים – למשל אילו אזורים במוח צריך להפעיל ומהם כיווני התנועה שצריך לשלוט בהם, או מהי הדרך היעילה ביותר לאמן אדם לשלוט בפעילות מוחו ולהפיק ממנה את התגובה הרצויה מהמחשב. כבר כעת יש חברות מסחריות שחוקרות אף הן את התחום, כך שייתכן שכבר בעתיד הלא רחוק תיפתחנה בפני נכים אפשרויות חדשות ומלהיבות לשפר את איכות חייהם.
עוד בנושא באתר הידען:
