Hjärnlekar

Marco Della Torre sitter framför en stor platt skärm, klädd i en konstig, spindelliknande grej på huvudet. Han höjer långsamt sina armar och en virtuell sten börjar glöda och skaka på skärmen. Den vacklar lite och reser sig sedan och hänger en kort stund i luften.

Hjärnkontroll : Här visas prototypen av den kommersiella versionen av en ny videospelskontroller från Emotiv Systems. Det trådlösa headsetet har 16 inbyggda sensorer som registrerar elektriska signaler från hjärnan.

Della Torre, en produktingenjör vid San Franciscos startup Emotiv Systems, demonstrerar företagets nya spelkontroller – ett headset som innehåller sensorer som kan upptäcka hjärnaktivitet. Emotiv och dess konkurrent, San Jose-baserade Neurosky, utvecklar de första spelenheterna som använder elektroencefalografi (EEG), en decennier gammal teknik där elektroder placerade på hårbotten mäter elektrisk aktivitet i hjärnan.

Den här historien var en del av vårt julinummer 2008

• Se resten av frågan
• Prenumerera

I händerna på neurologer kan EEG vara ett kraftfullt verktyg för att till exempel identifiera källan till anfall hos epilepsipatienter. Men spelutvecklare vill använda EEG för att låta spelare styra virtuella miljöer med sina sinnen. De hoppas att EEG kommer att bli nästa stora datorgränssnitt – ett steg bortom enheter som Nintendo Wii-fjärrkontrollen, som tillåter spelare att omvandla sina handrörelser till handlingar på skärmen.

Både Emotiv och Neurosky har skapat enormt buzz i spelvärlden. Men kan headseten verkligen ge den upplevelse som spelare letar efter? Människor tenderar att vilja göra science fiction och [använda EEG-signaler för att] rikta pistolen eller flyga planet, säger Scott Makeig, en neuroforskare vid University of California, San Diego. Men faktiskt, förändringar i EEG är knutna till förändringar i vakenhet och upphetsning som är långsamma till sin natur. Att försöka använda det för att göra snabba saker är inte särskilt naturligt.

MER INFORMATION:

• Epoc headset

  Emotiv, $299
  Release planerad till semestersäsongen 2008

  
  
  

• Attityd

  Neurosky, uppskattad $49 och uppåt
  Ännu inte tillgänglig för allmänheten

Och att mäta hjärnsignaler är knepigt nog i första hand. Små muskelrörelser, till exempel, kan generera elektriska potentialer som är mer än 10 gånger så starka som de som produceras av neuroner. Forskare som använder EEG försöker filtrera bort detta brus på olika sätt: förbättra sensorns känslighet genom att applicera ledande gel i hårbotten, arrangera sensorer i kepsar speciellt anpassade till en patients huvud och använda komplex signalanalys. Det har visat sig svårt att på ett övertygande sätt ta bort kontaminering från EEG-signaler, säger Alan Gevins, neuroforskare och grundare av SAM Technology i San Francisco, ett företag som utvecklar EEG-baserade medicinska tester för att utvärdera uppmärksamhet och minne.

När de försöker designa ett headset som är lämpligt för spel, står Emotiv och Neurosky inför en skrämmande utmaning: det får inte kräva klibbiga geler, det måste vara enkelt nog för alla användare att ta på sig (oavsett hur konstigt hans eller hennes huvud är formaterat), och det måste använda tröga EEG-svar för att kontrollera snabba åtgärder. För att se hur det går flög jag till Kalifornien tidigare i år för att testa båda deras enheter – med Gevins hjälp.

Multimedia

• Alan Gevins, neuroforskare och grundare av SAM Technology, pratar om EEG.

Yoda-liknande
Spelproducenten Zachary Drake sitter i en svart skinnsoffa på Emotivs eleganta kontor i centrala San Francisco och klämmer ihop Epoc-headsetet på mitt huvud. En kontur av ett huvud på tv-skärmen framför mig indikerar kvaliteten på signalen som kommer från var och en av headsetets 14 elektroder. Gruvan registrerar mestadels gul–medel till dålig.

Jag testar ett spel som utvecklats specifikt för att visa upp Epocs kapacitet. Framför en pagod mot ett landskap av branta toppar och silhuetterade träd, beordrar en kampsportmästare mig att lyfta en sten med bara mina tankar. Försöker framkalla en Yoda-liknande intensitet, fokuserar jag på stenen och gör en lyftande rörelse med min hand. (Medan Della Torre säger att det inte är nödvändigt att fysiskt göra rörelsen, hjälper det ofta.) Till en början gör stenen ingenting. Sedan lyfter den något, vacklar i luften och sjunker.

Spelet innehåller några träningspass, där programvaran söker efter specifika mönster av elektrisk aktivitet som uppstår när jag antingen tänker på att lyfta en sten eller gör en rörelse för att lyfta. Programmet kommer sedan att försöka upptäcka och svara på dessa mönster när spelet börjar. I teorin behöver jag faktiskt inte föreställa mig att lyfta stenen: vilket specifikt mönster av hjärnaktivitet, eller potentiellt till och med muskelaktivitet, kan vara kopplat till ett kommando. Om jag upprepade gånger funderade på att trycka på under träningsperioden skulle datorn anse att signalen att lyfta.

Den kalibreringen av systemet är inte alltid exakt. Under min testkörning stiger stenen upp i luften när jag vänder mig bort från skärmen för att anteckna i min anteckningsbok. Jag spränger också upp ett berg utan att jag menar att göra något. Drake bortförklarar detta och säger att jag är som en trollkarl som bara lär sig att besvärja – de försvinner ibland när du inte ens försöker.

Emotiv-headsetet har två andra påstådda krafter, som båda kan vara mer i samklang med EEG:s styrkor. Genom att använda muskelsignaler som fångas upp från ansikts- och ögonrörelser kan den läsa ansiktsuttryck, så det kan hjälpa till att animera människors avatarer – deras digitala alter egon – i virtuella världar som Second Life. (Programvaruförbättrade kameror är under utveckling för att göra liknande saker.) Mer nytt är headsetets förmåga att grovt upptäcka ditt sinnestillstånd – oavsett om du är förlovad (arg eller uppmärksam) eller inte. Himlen i kampsportsspelet lyser orange när jag börjar koncentrera mig och bleknar till grön när jag stirrar ut genom fönstret.

Chris Linder, en utvecklare som arbetar med ett spel som kommer att levereras med den kommersiella versionen av Emotiv-enheten, säger att hans team gillade mest att designa funktioner som utnyttjar dessa två aspekter av det. Medan Linder, en av grundarna av Demiurge Studios i Cambridge, MA, inte vill avslöja detaljer om sitt begynnande spel, ger han exemplet att låta spelaren gå på vattnet - men bara samtidigt som han bibehåller en konstant nivå av lugn. Om man blev för exalterad skulle man bara sjunka, säger Linder, vars företag också utvecklade några av de första spelen till Wii.

Cirka 50 mil söder om Emotivs kontor i San Francisco finns de av dess huvudkonkurrent, Neurosky, som har tagit ett mycket enklare tillvägagångssätt för att skapa en kommersiell EEG-enhet. Headsetet det har utvecklat har bara en sensor, som vilar på pannan, och en inbyggd processor som analyserar inkommande signaler innan den trådlöst skickar data till en dator.

Neurosky-enheten försöker upptäcka olika sinnestillstånd genom att analysera hjärnvågor – rytmiska fluktuationer i spänningen som mäts av EEG-elektroder. Även om det inte finns någon en-till-en-överensstämmelse mellan mentalt tillstånd och en specifik hjärnrytm, har forskare rapporterat specifika länkar. Vissa mönster av thetarytmer, som inträffar med en frekvens på fyra till sju hertz, är kopplade till dåsighet. Alfavågor, åtta till tolv hertz, är karakteristiska för avslappning. (Alfavågor kan också induceras genom att stänga ögonen.) Algoritmer destillerar de elektriska signalerna som registreras av sensorn till ett enda utgångsnummer, som sedan kan användas som ett kontrollelement i ett videospel eller annan applikation. En andra uppsättning algoritmer är utformad för att upptäcka ett mentalt tillstånd företaget kallar meditation. (Som fallet var med Emotivs apparat spelar troligen muskelaktivitet också in här. När du t.ex. försöker koncentrera dig kommer du sannolikt att sitta stilla och inte röra på huvudet eller ögonen; minskad muskelaktivitet kan vara en faktor in i enhetens analys.)

Genom att spela ett enkelt spel som är designat för att visa enhetens kapacitet lyfter jag framgångsrikt ett virtuellt block i luften genom att koncentrera mig. Jag satte också eld på en gren genom att upprätthålla den koncentrationen: grenen gnistor och ryker och exploderar sedan i låga, en oväntat tillfredsställande upplevelse. Sedan fokuserar jag lekfullt inåt och lyckas lyfta ett sjunket plan från en sjö.

Köpare varnas
Vad tycker neuroforskare – som har använt EEG i decennier – om dessa företags försök att omvandla ett forskningsverktyg till en spelteknik? De jag pratade med är likformigt skeptiska till att enheterna förlitar sig enbart på hjärnaktivitet. (Neurosky äger upp till detta, medan Emotivs president, Tan Le, insisterar på att telekinesfunktionen endast använder elektriska signaler som kommer från hjärnan.) Gerwin Schalk, en forskare vid Wadsworth Center i Albany, NY, utvecklar EEG-baserade system som gör att svårt förlamade personer kan interagera med datorer. Han säger att med hans andra generationens system tar det flera timmars träning för att kontrollera en grad av rörelsefrihet – vad du behöver för att lyfta en sten i Emotiv-videospelet. Mer omfattande övning behövs för att utveckla flerdimensionell kontroll. Om man ville fånga upp signaler för att flytta ett rymdskepp åt vänster eller höger skulle det vara mycket lättare för en person att göra det med ansiktsuttryck än med hjärnaktivitet, säger Schalk.

Alan Gevins, som har studerat EEG de senaste 40 åren, håller med. Om sensorerna inte får bra kontakt med hårbotten kommer de att röra sig något och generera en artefakt när huvudet rör sig, säger han. Sådana artefakter är ofta inte så uppenbara och inte lätt att ta bort algoritmiskt. Emotiv avböjde att visa oss de råa EEG-data som samlats in av dess enhet, med hänvisning till proprietära problem, så det var omöjligt att avgöra om headsetet och analysmjukvaran verkligen filtrerade bort brus och mätte hjärnaktivitet konsekvent.

Medan Gevins erkänner att för ett spelsystem spelar det ingen roll vilken typ av signaler enheten använder, men han oroar sig för att överskattning av förmågan hos EEG att läsa dina tankar kan skada teknikens rykte. De är långt ute med etiketterna de sätter på saker, säger han.

Andra hoppas att EEG-apparaterna kan ha medicinska tillämpningar. Lesco Rogers, en smärtbehandlingsspecialist vid Duke University Medical Center i Durham, NC, har varit i samtal med Neurosky om att testa dess enhet för användning med strokepatienter. Rogers överväger mycket enkla användningar av tekniken, som att låta funktionshindrade patienter slå på en tv. Det som gör tekniken intressant för mig är prisläget, säger han.

Samtidigt kan EEG:s förmåga att mäta vakenhet och upphetsning lägga till ett intressant nytt lager till videospel: i en oavsiktlig visning av en av Epocs funktioner, lyste himlen ljust orange när Della Torre, fortfarande bär headsetet efter en demonstration, argumenterade med en skeptisk vetenskapsman. Men tekniken verkar fortfarande vara för begränsad för att ha Wii:s transformativa inverkan. Det är sant att Emotivs och Neuroskys enheter på en mycket enkel nivå kan läsa dina tankar – och att lyfta det planet med koncentrationsförmågan kändes väldigt imponerande. Men nyheten i enheterna kommer sannolikt att försvinna snabbt, och spelare som förväntar sig förmågan att utöva exakt tankekontroll kommer sannolikt att bli besvikna.

Emily Singer är BARN redaktör för bioteknik och biovetenskap.

Dölj