De universiteit van Tianjin (TJU) begint met een vier jaar durende opleiding voor Brain-Computer Interface (BCI) een sector waar een jaarlijkse groei van 11% wordt verwacht. Vooral qua ‘niet-invasieve BCI’ neemt China het voortouw. Met BCI kan TJU al depressie screenen en wetenschappers hebben er ook met succes een open-source brein-op-een-chip (BOC) interfacesysteem ontwikkeld.
Toen ik op 25 augustus om 10 uur ’s avonds inlogde op het internet om een lezing te geven over ons nieuwe brain-computer interface (BCI) programma, stonden er 1200 studenten en ouders te wachten. Dit laat duidelijk de passie voor het programma zien, vertelt professor Liu Xiuyun in biomedische techniek van de Tianjin Universiteit (TJU) en tevens directeur van de TJU School of Pharmaceutical Science and Technology. De interactie tussen mens en machine door hersengolven wordt werkelijkheid en de BCI-techniek wordt gezien als de sleutel tot een ‘tijdperk van neurowetenschap’. De wereldwijde omvang van de BCI-markt bereikte in 2021 $ 1,5 miljard en zal naar verwachting $ 5,4 miljard bedragen in 2032, volgens marktonderzoeksbureau IMARC Group.
In China is de ontwikkeling van BCI-technologieën en -apparaten een kritieke periode van doorbraken op het gebied van innovatie en uitbreiding van toepassingen ingegaan. Dit vereist echter het cultiveren van divers en interdisciplinair talent. De School of Future Technology en de Medical School van de Tianjin universiteit spelen hier op in en vormen een uitgebreid interdisciplinair onderzoeks- en onderwijsteam dat de hele keten van basistheorieën, apparatensystemen en transformatie in de BCI-sector bestrijkt. BCI is een zeer complex interdisciplinair veld dat verbonden is met, maar niet beperkt is tot fysiologie, autopsie, geneeskunde, natuurkunde, techniek, computationele analyse, automatiseringscontrole en mechanisch ontwerp.
4 jaren
Het opleidingsplan voor het BCI-programma heeft een projectgebaseerd curriculum opgesteld dat alle vier de jaren van de universiteit beslaat. In het eerste jaar leren studenten de basisconcepten van BCI en krijgen ze eenvoudige handelingen van het hersensysteem onder de knie, zoals het besturen van een kleine bal met hun gedachten. In het tweede en derde jaar zullen ze geleidelijk de principes van neurale engineering, analoge en digitale elektronica, automatiseringsontwerp en AI-algoritmen leren, terwijl ze ook praktische breingestuurde robots zullen maken. In het vierde jaar wordt van de studenten verwacht dat ze integreren wat ze hebben geleerd en zich bezighouden met het systematischer ontwerpen van paradigma’s, het verbeteren van algoritmen en het testen van toepassingen gericht op problemen in de echte wereld.
In de toekomst zullen de afgestudeerden niet enkel naar BCI-laboratoria kunnen gaan om gespecialiseerd onderzoek te doen, maar ook kunnen deelnemen aan de ontwikkeling van hoogwaardige medische apparatuur, in ziekenhuizen kunnen werken of zich bij relevante autoriteiten kunnen aansluiten om deel te nemen aan het ontwerpen van beleid voor gerelateerde industrieën.
Praktijk
Afhankelijk van de positie van de elektrode kunnen de methoden van BCI worden verdeeld in invasieve en niet-invasieve methoden. Bij de invasieve methode worden elektroden of andere apparaten in de hersenen of het zenuwstelsel geïmplanteerd om een directe verbinding met de hersenen tot stand te brengen. Bij de niet-invasieve methode daarentegen worden elektroden in de hoofdhuid of andere gebieden geplaatst om de elektrische signalen van de hersenen op te nemen en te analyseren, waardoor een indirecte verbinding met de hersenen tot stand wordt gebracht. Invasieve en niet-invasieve BCI-apparaten hebben hun eigen voor- en nadelen en toepassingen.
In China zijn het vooral universiteiten en ziekenhuizen die bijdragen aan het onderzoek naar en de ontwikkeling van BCI-technologieën en -apparaten, waaronder de TJU, Tsinghua University, de Shanghai Jiao Tong University en het Xuanwu Hospital van de Capital Medical University in Beijing. Vooral op het gebied van niet-invasieve BCI neemt het land momenteel het voortouw.
Resultaten
In januari kondigde een team onder leiding van Hong Bo van de Tsinghua Universiteit aan dat ze met succes ’s werelds eerste draadloze minimaal invasieve BCI-apparaat NEO (Neural Electronic Opportunity) hadden geïmplanteerd in de hersenen van twee verlamde patiënten voor BCI-geassisteerde behandelingstests. Het team van directeur Liu Shuang van TJU Mental Health Center heeft het eerste BCI-systeem van het land ontwikkeld voor het screenen van depressie. Dit systeem kan EEG-signalen (elektro-encefalogram) van het hoofd van de patiënt verzamelen om hersenactiviteitspatronen te detecteren en de depressieve toestand van de patiënt te beoordelen, wat een objectieve screening op depressie mogelijk maakt. Hoewel de BCI-techniek voornamelijk in de medische sector wordt gebruikt, zal deze naar verwachting in alle aspecten van het leven van mensen worden toegepast. Het kan bijvoorbeeld gebruikt worden om te detecteren of de bestuurder vermoeid is.
Wetenschappers van TJU hebben ook met succes een open-source brein-op-een-chip (BOC) interfacesysteem ontwikkeld, MetaBOC, waarmee een ‘in het lab gekweekt brein’ onbemande besturing van robots kan uitvoeren om taken uit te voeren zoals het vermijden van obstakels, volgen en grijpen.
BCI is zeker een trend in de toekomstige technologische ontwikkeling. Om het immense potentieel van BCI te ontsluiten, is een groot aantal talenten nodig. Aan de andere is ook geduld en voorzichtigheid nodig omdat het een lang proces zal zijn om veilige producten van hoge kwaliteit te ontwikkelen.
Bron : Global Times
