Eyetracker i interfejs mózg-komputer

Interfejs mózg-komputer oraz tani eyetracker obsługiwany przez darmowe oprogramowanie pozwalają stwierdzić, na co patrzy dana osoba.

Urządzenia zbudowane w Zakładzie Fizyki Biomedycznej Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego (ZFB FUW) mają pomóc osobom sparaliżowanym w korzystaniu z komputerów, a przez to ułatwić im kontakt ze światem.

Jak informuje na swojej stronie Wydział Fizyki UW, pierwsze, bardziej skomplikowane z urządzeń, to interfejs mózg-komputer (ang. Brain-Computer Interface - BCI), które pozwala na komunikację ze światem zewnętrznym (pisanie, sterowanie urządzeniami) bez pośrednictwa mięśni, tylko poprzez rejestrację aktywności mózgu.
 

Działanie urządzenia zbudowanego na UW oparte jest o możliwość wykrycia za pomocą EEG - elektroencefalogramu (a więc rejestrowanych na powierzchni głowy potencjałów elektrycznych pochodzących z mózgu) tzw. potencjałów wzrokowych stanu ustalonego.

"Potencjały te występują, gdy koncentrujemy uwagę na symbolu migającym z określoną częstością" - wyjaśnia dr hab. Piotr Durka z ZBF FUW, kierownik grupy pracującej nad BCI. Jeśli w polu widzenia pojawią się dwa symbole, np. "tak" migający z częstością 20 Hz i "nie" z częstością 27 Hz, a w EEG zobaczymy częstość 27 Hz, to znaczy, że pacjent koncentrował uwagę na symbolu "nie". Jeśli migają litery (każda z inną częstością) - możemy pisać, jeśli strzałki - wybierać kierunek.

"Niestety, nie można w polu widzenia umieścić zbyt wielu migających symboli jednocześnie - uzupełnia dr Rafał Kuś (FUW) uczestniczący w projekcie. - Dlatego kilka diod LED zwykle rozmieszcza się naokoło ekranu, a odpowiadające im symbole wyświetlane są na monitorze. Taki interfejs użytkownika sprawdza się przy prostych operacjach w bankomatach, ale do bardziej złożonych czynności, takich jak pisanie tekstów jest niewygodny".

W stworzonym przez zespół warszawskich naukowców urządzeniu matryca migających diod LED umieszczona jest za ekranem komputera, na którym wyświetlane są zmienne zestawy symboli. Pozwala to na konstruowanie wygodnych i uniwersalnych interfejsów. Nad każdą z diod, migających z różnymi częstościami, możemy na ekranie LCD wyświetlać i zmieniać dowolne symbole. Można w ten sposób konstruować wygodne i uniwersalne interfejsy.

Badania nad BCI są szansą zwłaszcza dla osób z zespołem zamknięcia. Jest to stan, w którym pacjent jest w pełni przytomny i świadomy, ale na skutek choroby lub urazu nie jest w stanie kontrolować żadnych mięśni. Takie osoby nie mogą chodzić, mówić ani pisać, pomimo że mózg, świadomość i inteligencja pozostają nietknięte.

Jednak dla wielu z osób z zespołem zamknięcia prostszym niż BCI rozwiązaniem mogło być urządzenie zwane eyetrackerem, które pozwala sterować ruchem kursora na ekranie komputera za pomocą ruchów gałki ocznej. Problemem była znacząca cena urządzenia, która kształtowała się w granicach 60-120 tys. zł.

Pokonanie bariery cenowej było możliwe dzięki rozwiązaniom open source'owym, czyli oprogramowaniu z darmowym dostępem do kodu źródłowego, oraz open hardware'owym, czyli coraz popularniejszej idei dzielenia się instrukcjami do samodzielnego przygotowania sprzętu (np. konstrukcji układów scalonych).

Kilka grup z różnych zakątków świata opublikowało w internecie opisy konstrukcji prostych eyetrackerów w oparciu o tanie kamery do gier i rozmów internetowych. Również wiele fragmentów oprogramowania, koniecznego do realizacji takiego systemu, okazało się dostępnych na otwartych licencjach.

Pozwoliło to stworzyć w Zakładzie Fizyki Biomedycznej FUW pierwszy prototyp eyetrackera z części o wartości poniżej 200 zł. Oprogramowanie będzie dostępne na otwartych licencjach, czyli za darmo. Dzięki temu może on być w przyszłości ogólnie dostępny dla osób niepełnosprawnych.

W najbliższych miesiącach dr Durka planuje rozpoczęcie projektu, w ramach którego usprawnione wersje urządzenia i oprogramowania będą budowane przez studentów neuroinformatyki w ramach zajęć praktycznych. "Kolejnym krokiem będzie wprowadzenie do programu obowiązkowych praktyk studenckich pilotażowego projektu, w ramach którego w roku 2012 studenci będą dostosowywali skonstruowane przez siebie zestawy do potrzeb pierwszych niepełnosprawnych" - zapowiada naukowiec.

Rozwiązania opracowane przez warszawskich fizyków z Hożej zostały zaprezentowane sierpnia w Ministerstwie Gospodarki na konferencji prasowej poświęconej ich badaniom i wykorzystaniu oprogramowania Open Source.