SURF, de ICT-samenwerkingsorganisatie van onderwijs en onderzoek in Nederland, heeft een whitepaper geschreven over mogelijke toepassingen van brain-computer interfaces (bci) in onderwijs en onderzoek. Het doel van dit whitepaper is om een overzicht te geven van de huidige stand van zaken rondom Brain-Computer Interfaces (BCI’s), met een specifieke focus op de mogelijke toepassingen en implicaties voor onderwijs en onderzoek.
Wat zijn Brain-Computer Interfaces?
Brain-Computer Interfaces (BCI’s) zijn systemen die hersensignalen verzamelen, analyseren en vertalen in commando’s om externe apparaten aan te sturen. Het doel van BCI’s is om directe communicatie tot stand te brengen tussen de hersenen en een apparaat, meestal een computer, voor praktische toepassingen
1.Een belangrijk kenmerk van BCI’s is dat ze een gesloten feedbacklus hebben. Dit betekent dat de acties die voortkomen uit de hersenactiviteit merkbaar zijn voor de eindgebruiker, zoals het verplaatsen van een cursor op een scherm.
Soorten BCI’s
Er zijn twee hoofdcategorieën van BCI’s:
- Implanteerbare BCI’s: Deze worden operatief geïmplanteerd in het lichaam van de gebruiker, dicht bij het zenuwstelsel.
- Niet-implanteerbare BCI’s: Deze worden op de huid van de gebruiker geplaatst en zijn verwijderbaar.
Technieken voor het lezen van hersenactiviteit
Er zijn verschillende technieken om hersenactiviteit te meten en te interpreteren voor BCI’s:
- ElectroEncephaloGraphy (EEG): Meet elektrische signalen van de hersenen via sensoren op de hoofdhuid.
- MagnetoEncephaloGraphy (MEG): Detecteert magnetische velden geproduceerd door elektrische activiteit in de hersenen.
- Functional Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS): Meet het zuurstofniveau in het bloed in de hersenen via sensoren op de hoofdhuid.
- Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI): Meet het zuurstofniveau in het bloed in de hersenen met behulp van een MRI-scan.
- ElectroCorticoGraphy (ECoG): Meet elektrische signalen direct van de hersenen met geïmplanteerde sensoren.
- Intracorticale multielectrode arrays (MEA): Meet verschillende signalen direct uit de hersenen via een geïmplanteerd apparaat.
- Stentrode: Een BCI-apparaat dat in bloedvaten nabij de hersenen wordt geplaatst.
- StereoElectroEncephaloGraphy (SEEG): Een neurochirurgische procedure waarbij meerdere diepte-elektroden in specifieke hersengebieden worden geplaatst.
Uitdagingen en beperkingen
Ondanks de vooruitgang in BCI-technologie zijn er nog steeds uitdagingen:
- Interpreteren van hersenactiviteit: Het blijft moeilijk om hersenactiviteit nauwkeurig te interpreteren en te vertalen naar bruikbare commando’s.
- Gegevenskwaliteit: Bewegingsartefacten en andere verstoringen kunnen de kwaliteit van de gemeten signalen beïnvloeden, vooral bij niet-implanteerbare BCI’s.
- Oververhitting: Bij implanteerbare apparaten kan oververhitting een probleem zijn.
- Ethische overwegingen: BCI’s roepen vragen op over privacy, gegevensbescherming en de integriteit van het menselijk brein.
Groeiende interesse en marktpotentieel
De interesse in BCI’s neemt toe, zowel in de academische wereld als in de industrie. Factoren die bijdragen aan deze groei zijn:
- Verbeterde betaalbaarheid en gebruiksgemak van de technologie.
- Hogere nauwkeurigheid van BCI-systemen.
- Integratie met andere technologieën zoals machine learning en extended reality.
De marktwaarde van BCI’s wordt verwacht te groeien van 1,9 miljard USD in 2022 naar 8,9 miljard USD in 2032.
“Wat als” scenario’s
Het whitepaper beschrijft enkele toekomstscenario’s voor BCI’s:
- De perfecte niet-invasieve leeromgeving:
- BCI’s worden gebruikt om het alertheidsniveau van studenten te meten tijdens het uitvoeren van taken.
- In een online leeromgeving past het systeem zich onmiddellijk aan de mentale toestand van elke student aan.
- BCI’s meten aandachtsniveau, stemming en de hoeveelheid informatie die een leerling kan verwerken.
- Ultieme life hack:
- BCI’s monitoren de alertheid van gebruikers en geven waarschuwingen bij vermoeidheid.
- Integratie met domotica: gedachten sturen apparaten aan, zoals het automatisch zetten van koffie.
- Aanpassing van de omgeving (licht, klimaat) op basis van gemeten mentale toestanden.
- Concurrerende regio’s in de race om BCI’s:
- Ethische overwegingen en risico’s leiden tot strikte regelgeving in Europa.
- Zorgen over mogelijke inbreuken op fundamentele rechten zoals privacy en bescherming tegen zelfbeschuldiging.
- Risico op misbruik van BCI-technologieën voor onbedoelde doeleinden.