Gondolatolvasás fénnyel
Gondolatolvasás fénnyel
avagy hogy működik az OpenWater technológiája
Amikor először láttam Mary Lou Jepsen TED előadását, egyből a Különvélemény c. film jutott az eszembe, ahol a prekogok hallucinációit fény segítségével olvasták ki és értelmezték. Akkor azt gondoltam, hogy az író biztos csak el akarta bliccelni a dolgot, hiszen milyen butaság a fénnyel történő agyszkennelés gondolata. A fény nem halad át az agyszöveten. Hogyan is lehetne vele gondolatokat olvasni? Nos, mint az előadásból kiderült, az infra-közeli vörös fény (near-infrared light) nemhogy az agyszöveten, de még a koponyán is képes áthaladni.
A dolog azért nagyon izgalmas, mert non-invazív módon ígér betekintést az agy működésébe, vagyis nem kell hozzá agyműtét és mindenféle drótokat meg tűket dugdosni az agyba. Úgy godoltam, érdemes kicsit jobban utánanézni a dolognak, így némi neten való kutakodás után meg is találtam Jepsen szabadalmát a Google szabadalomkeresőjében.
A fenti ábrán látható a rendszer működése. A bal oldalon 110-es szám jelöli a “holografikus projektort” ami megvilágitja a szövetet. A projektor egy lézer fényforrásból és egy különleges kijelző mátrixból áll. Ez utóbbi azért különleges, mert egy hagyományos LCD kijelzőhöz képest nem csak a pixeleken kilépő fény intenzitását, hanem azok fázisát is be lehet állítani.
A Gábor Dénes nevéhez fűződő hologram technológia lényege, hogy a hagyományos fényképekkel ellentétben itt nem a fénysugarak intenzitását, hanem azok fázisát rögzítik. Mikor hagyományos fényképet készítünk, a fázis információ elveszik, így azt síkban (2D) látjuk. A hologram esetén vissza tudjuk állítani a fénysugarak fázisát is, így pontosan ugyanolyan fény jut a szemünkbe, mint ami a tárgyról is visszaverődne, ezért látjuk a hologramot térben (3D). Hologram létrehozásához teljesen koherens (egyfázisú) fényre van szükség, ami csak a lézer technológia feltalálásával vált elérhetővé. Jepsen projektora pont ugyanúgy módosítja a bejövő lézerfénysugarak fázisait mint egy hologram, így jogos a “holografikus projektor” elnevezés.
A szöveteken áthaladó szórt fényt a 160-as jelű “holografikus kamera” fogadja. Ez egy speciális kamera, ami a projktorhoz hasonlóan nem csak a fény intenzitását, hanem annak fázisát is képes rögzíteni. A fázis rögzítését úgy oldják meg, hogy a bejövő szórt fényt interferenciába hozzák egy a projektor belépő fényével egy fázisú lézer fényével. A keletkező interferencia kép információt hordoz a pixelekre beeső fénysugarak fázisáról. Pontosan ugyanilyen eljárással készülnek a hagyományos hologramok is, így jogos a “holografikus kamera” elnevezés.
Nagyon leegyszerűsítve tehát egy “holografikus projektor” világítja át a vizsgálandó szövetet, a kilépő szórt fényt pedig egy “holografikus kamera” rögzíti. Ahhoz, hogy ezzel a rendszerrel képesek legyünk az agy (vagy más szövet) megfelelő részét megfigyelni, szükség van még egy trükkre. Itt jön a képbe az ábrán 117-es számmal jelölt ultrahang szignál.
Ultrahangnak a 20 kHz-nél magasabb frekvenciájú hanghullámokat nevezzük. Ezek a hullámok képesek mélyen behatolni a szövetbe, míg érzékelhető hatást csak a fókuszpontban váltanak ki. Több ultrahang forrással tehát pontosan rá tudunk fókuszálni a szövet adott pontjára.
Az ultrahang szignállal ráfokuszálhatunk az agy (vagy más vizsgált szövet) adott pontjára, és “megpittyenthetjük” azt. A “pittyenés” hatására az adott ponton áthaladó fény frekvenciája a Doppler effektusnak köszönhetően megváltozik. Az ábrán 173-as számmal jelölt szűrőnek köszönhetően a magváltozott frekvenciájú fény nem érkezik meg a kijelzőre (vagy épp csak az érkezik meg, ez elrendezés függő). Ha tehát készítünk egy felvételt az ultrahang szignál kikapcsolt állapotában, majd egy új felvételt a szignál bekapcsolását követően, akkor a két felvétel különbségéből információt kaphatunk a vizsgált térrészre vonatkozóan. Hogy mennyi ez az információ (hány pixelnyi a változás), azt nagyban befolyásolja a minta, amit a projktor vetít. Több mérés elvégzésével és a minta folyamatos módosításával megtalálható az ideális minta, amivel az adott térrészre fókuszálhatunk. Tulajdonképpen hasonló dolog történik, mint mikor egy lencsével fókuszáljuk a fényt, csak itt a lencse a 110-es jelölésű “holografikus kijelzőből” és magából az agyszövetből áll. Olyan fázisú sugarakat kell projektálni a szövetre, amiket a szövet úgy fog majd szórni, hogy a legtöbb fény jusson a megfigyelt térrészre. Ha megvan az ideáis fázis minta, azt eltárolhatjuk egy táblázatban, így legközelebb ha a szövet adott részét akarjuk vizsgálni, elég egyszerűen elővenni a tárolt értékeket.
A szabadalomban emlékeim szerint nem esik szó arról, hogy hogyan érdemes optimális módon keresni ezeket a fázismintákat (hologramokat), de a TED előadásban van erre vonatkozó utalás. Jepsen arról beszél, hogy ultrahanggal először a “holografikus kamera” alá pozicionálják a vizsgálandó részt, így meglesz a szenzor és a vizsgált rész közti szövehez tartozó hologram. Ezt használva aztán kicsit lejebb haladnak az ultrahanggal, így megvan a következő hologram. Így haladva egyre beljebb szisztematikusan feltérképezhető az egész agy.
A szabadalom második fele arról szól, hogy nem minden estben szükséges az ultrahang. A rendszer betanítható arra is, hogy a vizsgált szövet mélyebb ismerete nélkül képes legyen adott történések felismerésére és értelmezésére. Ilyen lehet például az, hogy egy képet mutatunk fel a vizsgálat alanyának. A kép kivált valamilyen neurális aktivitást, ami változást fog okozni a kilépő fénysugarak fázisában. A kísérletet többször ismételve megtalálható az az optiális hologram készlet, amivel biztosan érzékelhető az adott minta. Felfoghatjuk ezt egyfajta “mély EEG”-nek is. Hasonlónak, mint amit az Emotiv is használ, csak ez fény alapú és sokkal pontosabb.
Jepsen elmondása szerint a rendszer felbontása sokkal nagyobb mint a jelenleg használatos fMRI gépeké. Ilyen fMRI scannerkkel sikerült már elég szép eredményeket elérni. Az alábbi videón bal oldalon látható a videóbejátszás amit a vizsgálati alanyoknak mutattak, jobb oldalon pedig a neuronok aktivitása alapján összeállított felvétel. Jepsen technológiája ennél nagyságrendekkel pontosabb gondolatolvasást ígér egy Emotiv méretű, elérhető árú eszközzel.
Ha mindez nem lenne elég, Jepsen az előadás vége felé megemlíti azt is, hogy a technológiával elméletileg az agy olvasása mellett a neuronok aktiválása is megoldható. A jövőben nem csak hogy filmre rögzíthetjük az álmainkat, de akár képeket is vetíthetünk az agyunkba, vagy akár megvalósulhat a full immerzív (minden érzékszervre kiterjedő) virtuális valóság.
Ha Jepsen technológiája beváltja a hozzá fűzött reményeket, az valóban forradalmi jelentőségű lehet az élet nagyon sok trületén.