Beyin-bilgisayar arayüzü

Beyin-bilgisayar arayüzü (BBA; İng. brain-computer interface, BCI), beyin etkinliğinden doğrudan elde edilen sinyalleri, kas ve periferik sinir yolunu kullanmadan bir aygıtı denetleyen komutlara dönüştüren sistemdir. Ağır motor kayıplarda iletişim ve hareket işlevlerinin yerine konması amacıyla geliştirilmiştir.

Etimoloji

Adlandırma, sistemin iki ucunu belirtir: bir yanda beyin etkinliği, diğer yanda hesaplama birimi ve arada bunları birbirine bağlayan arayüz.

Klinik bağlam

Sistemler, sinyalin nereden alındığına göre üç grupta toplanır. Girişimsel olmayan yöntemler, saçlı deriden kaydedilen elektroensefalografi sinyallerini kullanır; güvenlidir ve yaygın uygulanabilir, ancak uzamsal çözünürlüğü düşüktür ve kafatasının sinyali zayıflatması nedeniyle denetim kabalaşır. Kortikal yüzeye yerleştirilen elektrot ağlarıyla yapılan kayıt, çözünürlük ile girişimsellik arasında bir denge sunar. Beyin dokusuna yerleştirilen mikroelektrot dizileri ise tek tek nöronların ateşleme örüntülerini okuyarak en yüksek çözünürlüğü sağlar ve karmaşık hareket komutlarının çözümlenmesine olanak tanır.

Çalışma ilkesi, sinyallerin belirli örüntülerinin bir çıktıya eşlenmesidir. Kullanılan sinyal türleri arasında görsel uyaranlara verilen uyarılmış potansiyeller, dikkat çeken bir uyarandan sonra ortaya çıkan geç bileşenler ve hareket hayali sırasında motor kortekste görülen ritim değişiklikleri sayılır. Sistem, makine öğrenmesi yöntemleriyle kullanıcıya özgü olarak kalibre edilir; kullanıcı da zamanla sinyalini düzenlemeyi öğrenir — bu karşılıklı uyum, teknolojinin ayırt edici özelliğidir.

Klinik hedef kitle, motor çıkışın yitirildiği ancak bilincin korunduğu tablolardır. Amyotrofik lateral sklerozun ileri evresi, beyin sapı inmesine bağlı kilitlenme sendromu, yüksek servikal omurilik yaralanması ve ağır serebral palsi başlıca örneklerdir. Bu hastalarda sistemler harf seçerek iletişim kurma, çevre denetimi, bilgisayar imleci kullanımı, robotik kol denetimi ve felçli ekstremitenin işlevsel elektriksel uyarımla hareket ettirilmesi amacıyla kullanılır. Son yıllarda konuşma kortikal etkinliğinden doğrudan sözcük ve cümle çözümlemesi yapan sistemler, iletişim hızında belirgin ilerleme sağlamıştır.

Nörolojik değerlendirme açısından teknoloji, ayrı bir katkı sunar: bilinç düzeyinin klinik muayeneyle ölçülemediği hastalarda, komutlara yanıtın beyin etkinliği üzerinden aranması söz konusudur. Davranışsal olarak yanıtsız görünen bazı hastaların, görüntüleme ve elektrofizyoloji temelli görevlerde tutarlı yanıt üretebildiği gösterilmiştir; "bilişsel-motor ayrışma" olarak adlandırılan bu durum, minimal bilinç durumu değerlendirmesinin ve prognoz konuşmalarının yeniden düşünülmesini gerektirmiştir.

Uygulamanın önündeki güçlükler teknik ve etik olmak üzere iki başlıkta toplanır. Teknik tarafta, implante elektrotların çevresinde gelişen doku yanıtı zamanla sinyal kalitesini düşürür; cerrahi girişimin enfeksiyon ve kanama riski, kalibrasyonun sık yinelenme gereksinimi ve sistemlerin günlük yaşamda kullanılabilir hale getirilmesi çözülmeyi bekleyen sorunlardır. Etik tarafta ise beyin verilerinin gizliliği, kullanıcı ile sistem arasında sorumluluğun nasıl paylaşılacağı, aydınlatılmış onamın ağır iletişim kısıtı olan kişilerden nasıl alınacağı ve teknolojiye erişimdeki eşitsizlik tartışılmaktadır. Ayrıca araştırma amaçlı yerleştirilen cihazların, çalışma sona erdikten sonra bakımının kimin üstleneceği somut bir sorun alanı oluşturmuştur.

Klinik tuzakların başında, teknolojinin sağladığı yararın abartılması ve hasta ile yakınlarında gerçekçi olmayan beklenti oluşturulması gelir; sistemlerin çoğu hâlâ araştırma aşamasındadır ve günlük kullanımda hız ile güvenilirlik sınırlıdır. Bir diğeri, yanıtsız görünen hastalarda örtük bilinç olasılığının göz ardı edilmesidir; bu hastaların yanında konuşurken duyabilecekleri varsayılmalı ve ağrı ile rahatsızlık yönetimi ihmal edilmemelidir.

Eş anlamlılar

• BCI
• Nöral arayüz

İlgili terimler

• Elektroensefalografi
• Minimal bilinç durumu
• Amyotrofik lateral skleroz
• Nöroprognostikasyon
• Uyarılmış potansiyel