Mozkové hry

Marco Della Torre sedí před obrovskou plochou obrazovkou a na hlavě má ​​zvláštní, pavoučí zařízení. Pomalu zvedne ruce a na obrazovce začne zářit a třást se virtuální kámen. Trochu zakolísá a pak se zvedne a krátce visí ve vzduchu.

Ovládání mozku : Zde je zobrazen prototyp komerční verze nového ovladače videoher od Emotiv Systems. Bezdrátová náhlavní souprava má 16 zabudovaných senzorů, které registrují elektrické signály z mozku.

Della Torre, produktová inženýrka startupu Emotiv Systems v San Franciscu, předvádí nový herní ovladač společnosti – náhlavní soupravu obsahující senzory, které dokážou detekovat mozkovou aktivitu. Společnost Emotiv a její konkurent, společnost Neurosky se sídlem v San Jose, vyvíjejí první herní zařízení využívající elektroencefalografii (EEG), což je desetiletí stará technologie, při níž elektrody umístěné na pokožce hlavy měří elektrickou aktivitu v mozku.

Tento příběh byl součástí našeho vydání z července 2008

• Viz zbytek čísla
• předplatit

V rukou neurologů může být EEG mocným nástrojem, řekněme, k identifikaci zdroje záchvatů u pacientů s epilepsií. Ale vývojáři her chtějí využít EEG, aby umožnili hráčům ovládat virtuální prostředí svou myslí. Doufají, že EEG se stane dalším velkým počítačovým rozhraním – krok za zařízeními, jako je dálkové ovládání Nintendo Wii, které hráčům umožňuje převádět pohyby rukou na akce na obrazovce.

Emotiv i Neurosky vyvolaly v herním světě obrovský rozruch. Mohou však sluchátka skutečně poskytnout zážitek, který hráči hledají? Lidé mají tendenci dělat sci-fi a [používat signály EEG k] míření zbraní nebo řízení letadla, říká Scott Makeig, neurolog z Kalifornské univerzity v San Diegu. Ale ve skutečnosti jsou změny na EEG vázány na změny bdělosti a vzrušení, které jsou ze své podstaty pomalé. Zkoušet jej používat k rychlým věcem není příliš přirozené.

VÍCE INFORMACÍ:

• Náhlavní souprava Epoc

  Emotiv, 299 dolarů
  Vydání je naplánováno na prázdninovou sezónu 2008

  
  
  

• Myšlení

  Neurosky, odhadem 49 dolarů a více
  Veřejnosti zatím nepřístupné

A měření mozkových signálů je v první řadě dost složité. Mírné pohyby svalů mohou například generovat elektrické potenciály více než 10krát silnější než ty, které produkují neurony. Vědci, kteří používají EEG, se snaží tento šum odfiltrovat různými způsoby: zlepšením citlivosti senzoru nanesením vodivého gelu na pokožku hlavy, uspořádáním senzorů do čepiček speciálně nasazených na hlavě subjektu a využitím komplexní analýzy signálu. Ukázalo se, že je obtížné přesvědčivě odstranit kontaminaci ze signálů EEG, říká Alan Gevins, neurovědec a zakladatel společnosti SAM Technology v San Franciscu, která vyvíjí lékařské testy založené na EEG pro hodnocení pozornosti a paměti.

Při snaze navrhnout náhlavní soupravu vhodnou pro hraní her čelí Emotiv a Neurosky nelehké výzvě: nesmí vyžadovat lepivé gely, musí být dostatečně jednoduché, aby si na ně mohl navléknout každý uživatel (bez ohledu na to, jak podivně tvaruje hlavu) a musí používat pomalé odezvy EEG ke kontrole rychlých akcí. Abych viděl, jak se jim daří, odletěl jsem začátkem tohoto roku do Kalifornie, abych obě jejich zařízení otestoval – s Gevinsovou pomocí.

Multimédia

• Alan Gevins, neurovědec a zakladatel SAM Technology, hovoří o EEG.

Jako Yoda
Herní producent Zachary Drake, sedící na černé kožené pohovce v elegantních kancelářích Emotivu v centru San Francisca, mi na hlavě mačká náhlavní soupravu Epoc. Obrys hlavy na televizní obrazovce přede mnou ukazuje kvalitu signálu přicházejícího z každé ze 14 elektrod náhlavní soupravy. Můj registr většinou žlutý – střední až špatný.

Testuji hru vyvinutou speciálně pro předvedení schopností Epoc. Před pagodou postavenou proti krajině strmých vrcholků a siluety stromů mi mistr bojových umění přikazuje zvedat kámen pouze pomocí mých myšlenek. Ve snaze vyvolat intenzitu podobnou Yodovi se soustředím na skálu a zvednu se rukou. (Zatímco Della Torre říká, že není nutné fyzicky provádět pohyb, často to pomáhá.) Zpočátku kámen nedělá nic. Pak se mírně zvedne, zakolísá ve vzduchu a potopí se.

Hra obsahuje několik tréninkových lekcí, ve kterých software hledá specifické vzorce elektrické aktivity, ke kterým dochází, když buď přemýšlím o zvedání kamene, nebo když dělám pohyb ke zvednutí. Jakmile začne přehrávání, program se pokusí tyto vzory detekovat a reagovat na ně. Teoreticky si vlastně nemusím představovat zvedání skály: jakýkoli specifický vzorec mozkové aktivity nebo potenciálně i svalové aktivity by mohl být spojen s příkazem. Pokud bych během tréninku opakovaně přemýšlel o tlačení, počítač by to považoval za signál ke zvedání.

Tato kalibrace systému není vždy přesná. Během mého zkušebního provozu se kámen zvedá do vzduchu, když se odvracím od obrazovky, abych si zapisoval do notebooku. Také vyhodím do povětří horu, aniž bych chtěl něco udělat. Drake to vysvětluje a říká, že jsem jako čaroděj, který se právě učí kouzlit – někdy se spustí, když se o to ani nesnažíte.

Náhlavní souprava Emotiv má dvě další domnělé schopnosti, z nichž obě mohou být více v souladu se silnými stránkami EEG. Pomocí svalových signálů získaných z pohybů obličeje a očí dokáže číst výrazy obličeje, takže by mohl pomoci animovat avatary lidí – jejich digitální alter ega – ve virtuálních světech, jako je Second Life. (Softwarově vylepšené kamery se vyvíjejí, aby dělaly podobné věci.) Novější je schopnost náhlavní soupravy zhruba detekovat váš stav mysli – ať už jste zaujatí (ať už jste naštvaní nebo pozorní), nebo ne. Obloha ve hře bojových umění září oranžově, když se začnu soustředit, a zezelená, když zírám z okna.

Chris Linder, vývojář pracující na hře, která bude dodávána s komerční verzí zařízení Emotiv, říká, že jeho tým si nejvíce užil navrhování funkcí, které těží z těchto dvou aspektů. Zatímco Linder, spoluzakladatel Demiurge Studios v Cambridge, MA, nechce prozradit podrobnosti o své rodící se hře, uvádí příklad, kdy umožňuje hráči chodit po vodě – ale pouze při zachování konstantní úrovně klidu. Kdybyste byli příliš nadšení, prostě byste se potopili, říká Linder, jehož společnost také vyvinula některé z prvních her pro Wii.

Asi 50 mil jižně od kanceláří společnosti Emotiv v San Franciscu jsou kanceláře jejího hlavního konkurenta Neurosky, který zvolil mnohem jednodušší přístup k vytvoření komerčního zařízení EEG. Náhlavní souprava, kterou vyvinula, má pouze jeden senzor, který spočívá na čele, a vestavěný procesor, který analyzuje příchozí signály před bezdrátovým odesláním dat do počítače.

Zařízení Neurosky se pokouší detekovat různé stavy mysli analýzou mozkových vln – rytmických fluktuací napětí měřeného elektrodami EEG. I když neexistuje žádná individuální korespondence mezi duševním stavem a specifickým mozkovým rytmem, vědci uvedli specifické souvislosti. Určité vzorce theta rytmů, které se vyskytují s frekvencí čtyř až sedmi hertzů, jsou spojeny s ospalostí. Alfa vlny, osm až dvanáct hertzů, jsou charakteristické pro relaxaci. (Alfa vlny lze také indukovat zavřením očí.) Algoritmy destilují elektrické signály zaznamenané senzorem do jediného výstupního čísla, které pak lze použít jako prvek ovládání ve videohře nebo jiné aplikaci. Druhá sada algoritmů je navržena tak, aby detekovala duševní stav, který společnost nazývá meditací. (Stejně jako v případě zařízení Emotiv i zde pravděpodobně vstupuje do hry svalová aktivita. Když se například snažíte soustředit, pravděpodobně budete sedět a nehýbat hlavou ani očima; útlum svalové aktivity může být faktorem do analýzy zařízení.)

Při hraní jednoduché hry navržené k zobrazení schopností zařízení úspěšně zvednu do vzduchu virtuální blok soustředěním. Také jsem zapálil větev udržováním této koncentrace: větev jiskří a kouří a pak exploduje v plameni, nečekaně uspokojivý zážitek. Pak se hravě soustředím dovnitř a podaří se mi zvednout potopené letadlo z jezera.

Kupující pozor
Co si neurovědci – kteří používají EEG po desetiletí – myslí o pokusech těchto společností převést výzkumný nástroj na herní technologii? Ti, se kterými jsem mluvil, jsou jednotně skeptičtí, že zařízení spoléhají pouze na mozkovou aktivitu. (Neurosky to přiznává, zatímco prezident společnosti Emotiv, Tan Le, trvá na tom, že funkce telekineze využívá pouze elektrické signály vycházející z mozku.) Gerwin Schalk, vědecký pracovník ve Wadsworth Center v Albany, NY, vyvíjí systémy založené na EEG které umožňují těžce paralyzovaným lidem komunikovat s počítači. Říká, že s jeho systémem druhé generace trvá několik hodin tréninku, než ovládat jeden stupeň volnosti pohybu – to, co potřebujete ke zvednutí kamene ve videohře Emotiv. K rozvoji vícerozměrného řízení je zapotřebí rozsáhlejší praxe. Pokud byste chtěli zachytit signály pro pohyb vesmírné lodi doleva nebo doprava, bylo by pro člověka mnohem snazší to udělat výrazem obličeje než mozkovou aktivitou, říká Schalk.

Alan Gevins, který se EEG zabývá posledních 40 let, souhlasí. Pokud senzory nemají dobrý kontakt s pokožkou hlavy, budou se mírně pohybovat a generovat artefakt, když se hlava pohybuje, říká. Takové artefakty často nejsou tak zřejmé a nelze je snadno algoritmicky odstranit. Společnost Emotiv nám odmítla ukázat nezpracovaná data EEG shromážděná jejím zařízením s odvoláním na vlastní obavy, takže nebylo možné určit, zda náhlavní souprava a analytický software skutečně důsledně filtrují hluk a měří mozkovou aktivitu.

Zatímco Gevins uznává, že u herního systému nezáleží na tom, jaké signály zařízení používá, obává se, že přehánění schopnosti EEG číst vaši mysl by mohlo poškodit reputaci technologie. S nálepkami, které na věci dávají, jsou podle něj úplně mimo.

Jiní doufají, že zařízení EEG by mohla mít lékařské aplikace. Lesco Rogers, specialista na léčbu bolesti z Duke University Medical Center v Durhamu, NC, jednal s Neurosky o testování svého zařízení pro použití u pacientů s mrtvicí. Rogers zvažuje velmi jednoduché využití této technologie, jako je umožnění postiženým pacientům zapnout televizi. To, co pro mě dělá technologii zajímavou, je cena, říká.

Mezitím by schopnost EEG měřit bdělost a vzrušení mohla přidat do videoher zajímavou novou vrstvu: při nechtěném zobrazení jedné z funkcí Epocu se obloha rozzářila jasně oranžově, když se Della Torre, po demonstraci stále nasazená v náhlavní soupravě, dohadovala. skeptický vědec. Ale tato technologie se stále zdá být příliš omezená na to, aby měla transformační dopad Wii. Je pravda, že zařízení Emotiv a Neurosky dokážou na velmi jednoduché úrovni číst vaše myšlenky – a zvednutí této roviny pomocí sil koncentrace bylo velmi působivé. Novinka těchto zařízení ale pravděpodobně rychle vyprchá a hráči, kteří očekávají možnost přesné kontroly mysli, budou pravděpodobně zklamáni.

Emily Singer je DĚTI editor biotechnologií a biologických věd.

skrýt