Cognixion’s brain-monitoring headset enables fluid communication for people with severe disabilities – TechCrunch

Von den vielen Frustrationen über eine schwere motorische Beeinträchtigung, die Schwierigkeit der Kommunikation muss sicherlich zu den schlimmsten gehören. Die Tech-Welt hat denjenigen, die von Dingen wie Locked-In-Syndrom, ALS und schweren Schlaganfällen betroffen sind, nicht viel Beistand geboten, sondern nur Startup Erkenntnis zielt auf eine neuartige Form der Gehirnüberwachung ab, die in Kombination mit einer modernen Benutzeroberfläche das Sprechen und die Interaktion viel einfacher und schneller machen könnte.

Das One-Headset des Unternehmens Verfolgt die Gehirnaktivität genau so, dass der Träger einen Cursor – der wie ein Heads-up-Display auf einem Visier reflektiert wird – in mehrere Richtungen lenken oder aus verschiedenen Menüs und Optionen auswählen kann. Es ist keine physische Bewegung erforderlich, und mithilfe moderner Sprachschnittstellen wie Alexa kann der Benutzer nicht nur effizient kommunizieren, sondern auch frei auf alle Arten von Informationen und Inhalten zugreifen, die für die meisten Menschen selbstverständlich sind.

Aber es ist keine Wundermaschine und keine Silberkugel. Hier ist, wie es angefangen hat.

Überholung der jahrzehntealten Gehirn-Technologie

Jeder mit einer motorischen Beeinträchtigung hat unterschiedliche Bedürfnisse und Fähigkeiten, und es gibt eine Vielzahl von Hilfstechnologien, die viele dieser Bedürfnisse erfüllen. Viele dieser Technologien und Schnittstellen sind jedoch Jahre oder Jahrzehnte alt – medizinische Geräte, die für eine Ära von Smartphones und mobilen Hochgeschwindigkeitsverbindungen nicht aktualisiert wurden.

Einige der veraltetesten Schnittstellen sind leider diejenigen, die von Menschen mit den schwerwiegendsten Einschränkungen verwendet werden: diejenigen, deren Bewegungen auf ihre Köpfe, Gesichter, Augen beschränkt sind – oder sogar ein einziges Augenlid, wie Jean-Dominique Bauby, der berühmte Autor von „ Die Taucherglocke und der Schmetterling. “

Eines der Werkzeuge in der Toolbox ist das Elektroenzephalogramm (EEG), bei dem die Aktivität im Gehirn über Flecken auf der Kopfhaut erfasst wird, die elektrische Signale aufzeichnen. Obwohl sie in der Medizin und Forschung in vielerlei Hinsicht nützlich sind, sind EEGs laut und ungenau – mehr, um herauszufinden, welche Bereiche des Gehirns aktiv sind, als beispielsweise welche Subregion des sensorischen Kortex oder dergleichen. Und natürlich müssen Sie eine Duschhaube tragen, die mit Elektroden verdrahtet ist (oft mit leitfähigem Gel fettig) – so etwas möchte niemand länger als eine Stunde tun, geschweige denn jeden Tag den ganzen Tag.

Doch selbst bei Menschen mit schwerwiegenden körperlichen Behinderungen ist die Wahrnehmung oft unbeeinträchtigt – wie EEG-Studien gezeigt haben. Andreas Forsland, Mitbegründer und CEO von Cognixion, war neugierig auf weitere Möglichkeiten für die ehrwürdige Technologie: „Könnte eine Gehirn-Computer-Schnittstelle mit EEG ein tragfähiges Kommunikationssystem sein?“

Vor etwa fünf Jahren verwendete er das EEG erstmals zu unterstützenden Zwecken in einer Forschungsstudie. Sie suchten nach alternativen Methoden, mit denen eine Person einen Bildschirmcursor steuern konnte, darunter einen Beschleunigungsmesser zur Erkennung von Kopfbewegungen, und versuchten, EEG-Messwerte als weiteres Signal zu integrieren. Aber es war alles andere als ein Durchbruch.

Ein modernes Labor mit einer EEG-Kappe, die an einen Empfänger und einen Laptop angeschlossen ist – dies ist ein Beispiel dafür, wie EEG häufig verwendet wird.

Er ging auf die Schwierigkeiten ein: „Mit einem schreibgeschützten System ist die Art und Weise, wie das EEG heute verwendet wird, nicht gut. Andere Headsets haben langsame Abtastraten und sind für eine Echtzeitschnittstelle nicht genau genug. Die besten BCIs befinden sich in einem Labor, das an nasse Elektroden angeschlossen ist – es ist chaotisch, es ist wirklich ein Nichtstarter. Wie replizieren wir das mit trockenen, passiven Elektroden? Wir versuchen hier einige sehr schwierige technische Probleme zu lösen. “

Die Einschränkungen, so Forsland und seine Kollegen, betrafen weniger das EEG selbst als vielmehr die Art und Weise, wie es durchgeführt wurde. Diese Art der Gehirnüberwachung dient der Diagnose und Untersuchung, nicht dem Echtzeit-Feedback. Es wäre, als würde man einen Traktor zu einem Drag Race mitnehmen. EEGs arbeiten nicht nur häufig mit einer langsamen, gründlichen Überprüfung mehrerer Regionen des Gehirns, die mehrere Sekunden dauern kann, sondern das von ihnen erzeugte Signal wird auch mit datierten statistischen Methoden analysiert. Also begann Cognixion damit, beide Praktiken in Frage zu stellen.

Das Verbessern der Scan-Geschwindigkeit ist komplizierter als das Übertakten der Sensoren oder ähnliches. Die Aktivität im Gehirn muss durch Sammeln einer bestimmten Datenmenge abgeleitet werden. Da diese Daten jedoch passiv erfasst werden, versuchte Forsland, ein aktives Element in das System einzubringen: eine rhythmische elektrische Stimulation, die sich in gewisser Weise in der Gehirnregion widerspiegelt, sich jedoch je nach Zustand geringfügig ändert – fast wie eine Echolokalisierung.

Das Cognixion One-Headset mit sichtbaren trockenen EEG-Anschlüssen.

Sie erkennen diese Signale mit einem benutzerdefinierten Satz von sechs EEG-Kanälen im visuellen Kortexbereich (oben und um den Hinterkopf) und interpretieren die eingehenden Daten mithilfe eines maschinellen Lernmodells. Wenn das System ein Faltungsnetzwerk lokal auf einem iPhone ausführt – was vor ein paar Jahren noch nicht möglich war -, kann es nicht nur ein Signal in kurzer Zeit herausfiltern, sondern auch genaue Vorhersagen treffen, um schnellere und reibungslosere Interaktionen zu ermöglichen.

Das Ergebnis ist eine Latenz von weniger als einer Sekunde mit einer Genauigkeit von 95 bis 100 Prozent in einem drahtlosen Headset, das von einem Mobiltelefon angetrieben wird. “Die Geschwindigkeit, Genauigkeit und Zuverlässigkeit erreichen ein kommerzielles Niveau – wir können das Klassenbeste des aktuellen EEG-Paradigmas erreichen”, sagte Forsland.

Dr. William Goldie, ein klinischer Neurologe, der seit Jahrzehnten EEGs und andere Gehirnüberwachungstechniken verwendet und untersucht (und Cognixion freiwillig bei der Entwicklung und dem Testen des Headsets unterstützt hat), bot eine positive Bewertung der Technologie an.

“Es gibt absolut Beweise dafür, dass die Gehirnwellenaktivität auf vorhersehbare Weise auf Denkmuster reagiert”, bemerkte er. Diese Art der Stimulation und Reaktion wurde vor Jahren untersucht. „Es war faszinierend, aber damals war es eine Art mysteriöse magische Welt. Jetzt taucht es mit diesen speziellen Techniken und der Computerisierung, die wir heutzutage haben, wieder auf. Für mich ist es ein Bereich, der sich auf eine Weise öffnet, von der ich denke, dass er klinisch dramatisch effektiv sein könnte. “

BCI, treffen Sie UI

Das erste, was Forsland mir sagte, war: “Wir sind eine UI-Firma.” Und tatsächlich bedeutet selbst ein solcher Schritt vorwärts bei neuronalen Schnittstellen, wie er später beschrieb, wenig, wenn er nicht auf das vorliegende Problem angewendet werden kann: Menschen mit schwerer motorischer Beeinträchtigung zu helfen, sich schnell und einfach auszudrücken.

Leider ist es nicht schwer vorstellbar, die „Konkurrenz“ zu verbessern. Dazu gehören Puff-and-Blow-Röhren und -Schalter, mit denen Benutzer einen Cursor mühsam nach rechts, rechts, ein bisschen mehr, ein bisschen mehr nach oben bewegen und dann klicken können: ein Brief! Die Blickerkennung ist natürlich eine große Verbesserung, aber sie ist nicht immer eine Option (Augen funktionieren nicht immer so gut, wie man es gerne hätte), und die besten Eye-Tracking-Lösungen (wie ein Tobii Dynavox-Tablet) sind nicht tragbar.

Warum sollten diese Schnittstellen nicht so modern und flüssig sein wie alle anderen? Das Team machte sich daran, eine Benutzeroberfläche zu erstellen, die diese und die Funktionen des EEG der nächsten Generation berücksichtigt.

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Ihre Lösung greift Teile des alten Paradigmas auf und kombiniert sie mit modernen virtuellen Assistenten und einem radialen Design, das schnelle Antworten und allgemeine Anforderungen priorisiert. Alles läuft in einer App auf einem iPhone, deren Anzeige sich in einem Visier widerspiegelt und als HUD und nach außen gerichtetes Display fungiert.

Um nicht einen einzigen Gedanken zu sagen, sondern zumindest einen Moment Konzentration oder eine Neigung des Kopfes, sind alltägliche Fragen und Antworten – ja, nein, danke usw. Dann gibt es Slots, in die vorbereitete Sprache eingefügt werden kann – Namen , Menübestellungen und so weiter. Und dann gibt es eine Tastatur mit Vorhersage auf Wort- und Satzebene, mit der gebräuchliche Wörter eingefügt werden können, ohne sie zu buchstabieren.

„Wir haben das System mit Leuten getestet, die auf Switches angewiesen sind. Es kann 30 Minuten dauern, bis zwei Auswahlen getroffen sind. Wir haben das Headset auf eine Person mit Zerebralparese gesetzt, und sie hat unseren Namen eingegeben und in 2 Minuten auf “Play” geklickt “, sagte Forsland. “Es war lächerlich, alle haben geweint.”

Goldie bemerkte, dass es eine Art Lernkurve gibt. „Als ich es anlegte, stellte ich fest, dass es Muster erkennen und ihnen folgen würde, aber es brachte mir auch Muster bei. Du trainierst das System und es trainiert dich – es ist eine Rückkopplungsschleife. “

“Ich kann die lauteste Person im Raum sein”

Eine Person, die es als äußerst nützlich empfunden hat, ist Chris Benedict, DJ, Redner und Anwalt für Behinderte wer selbst hat dyskinetische Zerebralparese. Es schränkt seine Bewegungen und seine Sprechfähigkeit ein, hindert ihn jedoch nicht daran, (digitale) Aufzeichnungen bei verschiedenen Engagements zu drehen oder seine Erfahrungen mit dem One-Headset von Cognixion per E-Mail zu erklären. (Und Sie können sehen, wie er es im obigen Video persönlich demonstriert.)

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“Auch wenn es kein Werkzeug ist, das ich ständig brauche, ist es definitiv hilfreich, um meine Kommunikation zu unterstützen”, sagte er mir. „Vor allem, wenn ich schnell reagieren muss oder an einem lauten Ort bin, was häufig vorkommt, wenn Sie DJ sind. Wenn ich es mit einem Bluetooth-Lautsprecher trage, kann ich die lauteste Person im Raum sein. “ (Er hat immer einen Lautsprecher zur Hand, da „man nie weiß, wann man Musik braucht.“)

Die Vorteile des Headsets geben einen Eindruck davon, was an der vorhandenen Hilfstechnologie fehlt (und was viele Menschen für selbstverständlich halten).

„Ich kann damit kommunizieren, aber gleichzeitig kann ich aufgrund des Visiers Augenkontakt mit der Person herstellen, mit der ich spreche. Ich muss nicht auf einen Bildschirm zwischen mir und jemand anderem starren. Das hilft mir wirklich, mit Menschen in Kontakt zu treten “, erklärte Benedict.

„Da es sich um ein Headset handelt, bei dem ich mir keine Sorgen um das Ein- und Aussteigen machen muss, wird meinem Stuhl kein zusätzliches Volumen hinzugefügt, sodass ich mir Sorgen machen muss, dass es in einer Tür beschädigt wird. Das Headset ist ebenfalls ausbalanciert, sodass sich mein Kopf nicht nach hinten oder vorne lehnt oder meinen Nacken beschwert “, fuhr er fort. „Als ich es für die erste Verwendung einrichtete, ließ es mich kalibrieren, und es maß meinen persönlichen Bewegungsbereich, sodass die Tastatur und die Auswahlmöglichkeiten speziell für mich auf den Bildschirm passen. Es kann auch jederzeit neu kalibriert werden, was wichtig ist, da nicht jeden Tag mein Bewegungsumfang gleich ist. “

Alexa, das aufgrund seiner geringen Kosten und der großen Auswahl an kompatiblen Geräten für Menschen mit einer Vielzahl von Behinderungen äußerst hilfreich war, ist auch Teil der Cognixion-Benutzeroberfläche, was Benedict zu schätzen weiß, da er das System selbst für Smart Home und andere Zwecke übernommen hat. “Mit anderen Systemen kann man das nicht tun, oder wenn es eine Option ist, ist es wirklich kompliziert”, sagte er.

Nächste Schritte

Wie Benedict zeigt, gibt es Menschen, für die ein Gerät wie das von Cognixion sehr viel Sinn macht, und die Hoffnung ist, dass es als Teil des notwendigerweise vielfältigen Ökosystems der assistiven Technologie aufgenommen wird.

Laut Forsland arbeitet das Unternehmen eng mit der Community zusammen, von Anwendern bis hin zu klinischen Beratern wie Goldie und anderen Spezialisten wie Logopäden, um das One-Headset so gut wie möglich zu machen. Aber die Hürde, wie bei so vielen Geräten in dieser Klasse, besteht darin, sie den Menschen tatsächlich auf den Kopf zu stellen – finanziell und logistisch gesehen.

Cognixion beantragt die FDA-Zulassung, um die Kosten für das Headset zu decken, das über ein Telefon mit Strom versorgt wird und nicht so hoch ist wie bei einem integrierten Bildschirm und Prozessor. In der Zwischenzeit arbeitet das Unternehmen mit klinischen und Unternehmenslabors zusammen, die neurologische und psychologische Forschung betreiben. Mit anderen Worten, Orte, an denen Sie möglicherweise ein gewöhnliches, umständliches EEG-Setup finden.

Das Unternehmen hat Mittel aufgebracht und sucht nach mehr (Hardwareentwicklung und medizinische Aktivitäten sind nicht billig) und hat auch eine Reihe von Zuschüssen gesammelt.

Das One-Headset ist möglicherweise noch einige Jahre von einer breiteren Verwendung entfernt (die FDA hat es nie eilig), aber dies gibt dem Unternehmen Zeit, das Gerät zu verfeinern und neue Fortschritte zu erzielen. Im Gegensatz zu vielen anderen Hilfsgeräten, z. B. einem Schalter oder Joystick, ist dieses weitgehend softwaregeschränkt, was bedeutet, dass bessere Algorithmen und eine bessere Benutzeroberfläche es erheblich verbessern. Während viele darauf warten, dass Unternehmen wie Neuralink eine Gehirn-Computer-Schnittstelle für die Moderne schaffen, hat Cognixion dies bereits für eine Gruppe von Menschen getan, die viel mehr davon profitieren können.

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