Brain Computer Interface คืออะไร ? เมื่อสมองของมนุษย์ กับเครื่องจักรเชื่อมต่อกัน

Brain Computer Interface คืออะไร ? เมื่อสมองของมนุษย์ กับเครื่องจักรเชื่อมต่อกัน 

สมองของมนุษย์เป็นอวัยวะที่ซับซ้อน และน่าทึ่งที่สุดในร่างกายของเรา มันควบคุมความคิด, การรับรู้, อารมณ์ และการกระทำทั้งหมด ทุกคนลองจินตนาการดูว่าหากเราสามารถเชื่อมต่อสมองของเรากับเครื่องจักร หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้โดยตรง มันจะเปลี่ยนแปลงโลกของเราอย่างไร ?

สำหรับ Brain-Computer Interface (BCI) หรือ ส่วนต่อประสานสมองกับ คอมพิวเตอร์ ก็คือเทคโนโลยีที่ทำให้สิ่งนี้เป็นจริง BCI เป็นระบบที่ช่วยให้สมองสามารถสื่อสาร และควบคุมอุปกรณ์ภายนอกได้โดยตรง โดยไม่ต้องอาศัยการทำงานของกล้ามเนื้อ ซึ่งเทคโนโลยีนี้มีศักยภาพในการปฏิวัติวงการต่าง ๆ สำคัญที่สุดคือการแพทย์ ที่ช่วยให้ผู้ป่วยสามารถควบคุม หรือสื่อสารได้ด้วยความคิด 

ถึงแม้ว่า BCI จะยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา แต่ศักยภาพของมันนั้นไร้ขีดจำกัด และในบทความนี้เราจะมาพูดถึง BCI กันว่ามันคืออะไร ?, ทำงานอย่างไร ? มีส่วนประกอบ และ ประเภทอะไรบ้าง รวมถึงประโยชน์ของมัน ที่ทำให้มันมีความสำคัญต่อวงการแพทย์ ถ้าพร้อมแล้วเรามาเริ่มกันเลย ...

ส่วนต่อประสานสมอง กับคอมพิวเตอร์ คืออะไร ? (What is Brain-Computer Interface ?)

ส่วนต่อประสานสมองกับคอมพิวเตอร์ (Brain-Computer Interface - BCI) ก็คือเทคโนโลยีที่ช่วยให้สมองของมนุษย์สามารถสื่อสารโดยตรงกับคอมพิวเตอร์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ โดยไม่ต้องใช้กล้ามเนื้อ หรืออวัยวะอื่น ๆ ในการควบคุม สรุปง่าย ๆ คือ BCI ช่วยให้เราสั่งการอุปกรณ์ต่าง ๆ ได้ด้วยความคิดเพียงอย่างเดียว

ภาพจาก : https://builtin.com/hardware/brain-computer-interface-bci

ส่วนต่อประสานสมอง กับคอมพิวเตอร์ ทำงานอย่างไร ? (How BCI Work ?)

ส่วนต่อประสานสมองกับคอมพิวเตอร์ (Brain-Computer Interface - BCI) จะทำงานโดยอาศัยหลักการของระบบประสาทไฟฟ้าในสมอง โดยธรรมชาติแล้วเมื่อเราคิด หรือกำลังตัดสินใจ สมองจะส่งสัญญาณไฟฟ้า และเคมีระหว่างเซลล์ประสาทผ่านช่องว่างที่เรียกว่า ไซแนปส์ (Synapse) ซึ่งเป็นจุดเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ประสาท

เพื่อจับสัญญาณสมองเหล่านี้ BCI จะใช้อิเล็กโทรด (Electrodes) วางไว้ใกล้บริเวณที่เซลล์ประสาทกำลังทำงาน อุปกรณ์เหล่านี้สามารถตรวจจับแรงดันไฟฟ้า และวัดความถี่ หรือความเข้มของสัญญาณที่เกิดขึ้น ซึ่งคล้ายกับการใช้ไมโครโฟนดักฟังเสียง แต่ในกรณีนี้คือการฟังคลื่นไฟฟ้าที่สมองส่งออกมา

ข้อมูลที่ได้จากสมองจะถูกส่งไปยังซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์ เพื่อทำการแปลผลในกระบวนการที่เรียกว่า "การถอดรหัสสัญญาณประสาท" (Neural Decoding) โดยใช้ ปัญญาประดิษฐ์ (AI) และอัลกอริทึม การเรียนรู้ของเครื่อง (Machine Learning - ML) ในการวิเคราะห์สัญญาณไฟฟ้าจากสมอง และแปลงเป็นคำสั่งที่คอมพิวเตอร์ หรืออุปกรณ์สามารถนำไปใช้งานได้นั่นเอง

ภาพจาก : https://miro.medium.com/v2/resize:fit:640/format:webp/0*aDsopKWiYrRCb3x1.png

ประเภทของ ส่วนต่อประสานสมอง กับคอมพิวเตอร์ (Types of Brain-Computer Interface)

ส่วนต่อประสานสมองกับคอมพิวเตอร์ (Brain-Computer Interface - BCI) สามารถแบ่งออกเป็น 3 ประเภทหลัก ตามลักษณะการตรวจจับสัญญาณจากสมอง ซึ่งแต่ละประเภทก็มีข้อดี ข้อเสีย และการนำไปใช้ที่แตกต่างกัน เราลองมาดูแต่ละประแบบกัน

1. BCI แบบไม่รุกล้ำ (Non-Invasive BCI)

BCI ประเภทนี้ได้รับความนิยมมากที่สุด เพราะไม่ต้องผ่าตัด หรือฝังอุปกรณ์เข้าไปในสมองโดยตรง อาศัย Electroencephalography (EEG) หรืออุปกรณ์ตรวจจับสัญญาณไฟฟ้าสมองผ่าน เซนเซอร์ที่ติดอยู่บนศีรษะ ซึ่งสามารถวัดคลื่นสมอง และแปลงเป็นคำสั่งได้

ภาพจาก : https://medicalxpress.com/news/2024-05-deep-decoding-noninvasive-brain-interface.html

อย่างไรก็ตาม ความแม่นยำอาจต่ำกว่าการฝังอุปกรณ์โดยตรง เพราะสัญญาณต้องผ่านกะโหลกศีรษะ ทำให้เกิดการถูกรบกวนจากสัญญาณอื่น ๆ

2. BCI แบบกึ่งรุกล้ำ (Partially Invasive BCI)

BCI ประเภทนี้ต้องทำการฝัง ขั้วไฟฟ้า (Electrodes) ไว้ใต้กะโหลกศีรษะ แต่ไม่ได้ฝังลงไปในสมองโดยตรง อุปกรณ์จะตรวจจับสัญญาณจากพื้นผิวของสมองโดยไม่มีชั้นกะโหลกมาบดบัง ทำให้ได้สัญญาณที่แม่นยำขึ้น Partially Invasive BCI มักพบในงานวิจัย และการแพทย์

ข้อเสีย คือ ต้องมีการผ่าตัดเปิดกะโหลกศีรษะเพื่อฝังอุปกรณ์ ซึ่งมีความเสี่ยงต่อการติดเชื้อ และภาวะแทรกซ้อน

3. BCI แบบรุกล้ำ (Invasive BCI)

BCI ประเภทนี้ต้องฝัง ขั้วไฟฟ้าโดยตรงลงไปในเนื้อสมอง เพื่อให้สามารถรับสัญญาณจากเซลล์ประสาทโดยตรง ทำให้ได้ความแม่นยำสูงสุด และสามารถควบคุมอุปกรณ์ต่าง ๆ ได้อย่างละเอียดมากขึ้น เช่น Neuralink ของอีลอน มัสก์ ที่ฝังชิปขนาดเล็กเข้าไปในสมองเพื่อให้ผู้ป่วยอัมพาตสามารถควบคุมคอมพิวเตอร์ โทรศัพท์ หรืออุปกรณ์อื่น ๆ ได้เพียงแค่คิด

ข้อเสีย คือ ต้องผ่านการผ่าตัดใหญ่ มีความเสี่ยงสูงต่อการติดเชื้อ, อักเสบ และปัญหาสุขภาพในระยะยาวนั่นเอง

ภาพจาก : https://www.businesstoday.in/technology/news/story/elon-musk-reveals-neuralinks-third-human-implant-as-brain-computer-interfaces-expand-horizons-460812-2025-01-15

ประวัติของ ส่วนต่อประสานสมอง กับคอมพิวเตอร์ (History of Brain-Computer Interface)

เทคโนโลยี ส่วนต่อประสานสมองกับคอมพิวเตอร์ (Brain-Computer Interface - BCI) เริ่มต้นจากการค้นพบ กิจกรรมไฟฟ้าของสมอง โดย Hans Berger นักประสาทวิทยาชาวเยอรมันในปี พ.ศ. 2467 (ค.ศ. 1924) เขาสามารถบันทึกสัญญาณสมองของมนุษย์ได้เป็นครั้งแรกโดยใช้ Electroencephalography (EEG) เทคนิคบันทึกสัญญาณไฟฟ้าจากสมอง ซึ่งช่วยให้ศึกษาคลื่นสมอง เช่น คลื่นอัลฟ่า Alpha Wave เป็นคลื่นสมองที่มีความถี่ 8–13 Hz ซึ่งเกี่ยวข้องกับภาวะผ่อนคลาย และสมาธิ

ภาพจาก : https://www.simplypsychology.org/what-is-an-eeg.html

ต่อมา แนวคิด BCI เริ่มเป็นรูปเป็นร่างขึ้น แม้ว่าจะยังไม่มีการใช้คำว่า BCI ในช่วงแรก ๆ แต่ในปี พ.ศ. 2508 (ค.ศ. 1965) Alvin Lucier นักประพันธ์ชาวอเมริกันได้ทดลองใช้ EEG และอุปกรณ์ประมวลผลสัญญาณแอนะล็อกเพื่อควบคุมเครื่องดนตรีผ่านลำโพง นับเป็นหนึ่งในตัวอย่างแรกของการนำคลื่นสมองมาใช้ควบคุมอุปกรณ์

ภาพจาก : https://tapeop.com/interviews/130/alvin-lucier/

จนกระทั่งในปี พ.ศ. 2516 (ค.ศ. 1973) Jacques Vidal นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ลอสแอนเจลิส (UCLA) ได้บัญญัติคำว่า "Brain-Computer Interface" และทำการทดลองใช้ EEG ควบคุม เคอร์เซอร์ (Cursor) บนหน้าจอคอมพิวเตอร์ ซึ่งถือเป็นก้าวแรกของ BCI ในการเชื่อมต่อสมองกับอุปกรณ์ดิจิทัล หลังจากนั้น BCI ก็ถูกพัฒนาต่อเนื่อง

ในปี พ.ศ. 2531 (ค.ศ. 1988) มีการควบคุม หุ่นยนต์ ด้วย EEG แบบไม่รุกล้ำ (Non-Invasive EEG เป็นการตรวจจับสัญญาณสมองโดยไม่ต้องฝังอุปกรณ์ในสมอง) และในปี พ.ศ. 2533 (ค.ศ. 1990) มีการพัฒนา ระบบ BCI แบบลูปปิด (Closed-Loop BCI) คือ ระบบที่สามารถปรับเปลี่ยนการทำงานได้ตามสัญญาณป้อนกลับจากสมอง ซึ่งใช้ Electroexpectogram (EXG) หรือ คลื่นสมองที่สะท้อนถึงการคาดการณ์ของผู้ใช้ ในการควบคุมเสียงของคอมพิวเตอร์

เมื่อเข้าสู่ยุคปัจจุบัน งานวิจัยเกี่ยวกับ BCI เริ่มเน้นไปที่ การกระตุ้นระบบประสาทเพื่อฟื้นฟูการทำงานของสมอง เช่นช่วยให้ผู้ป่วยอัมพาตสามารถควบคุมอุปกรณ์ได้ผ่านความคิดของตนเอง และในปี พ.ศ. 2556 (ค.ศ. 2013) DARPA (หน่วยงานวิจัยกลาโหมของสหรัฐฯ) ได้สนับสนุนโครงการ BRAIN Initiative เพื่อพัฒนา BCI โดยมีทีมนักวิจัยจาก University of Pittsburgh Medical Center, Paradromics, Brown University และ Synchron เข้าร่วมพัฒนา ทำให้เทคโนโลยี BCI ได้เดินทางมาไกลจากจุดเริ่มต้น และปัจจุบันกำลังถูกพัฒนาเพื่อใช้ในทางการแพทย์ และเทคโนโลยีขั้นสูงนั่นเอง

องค์ประกอบหลักของ ส่วนต่อประสานสมอง กับคอมพิวเตอร์ (Key Components of Brain-Computer Interface)

ภาพจาก : https://cumming.ucalgary.ca/research/pediatric-bci/bci-program/what-bci

สำหรับ ส่วนต่อประสานสมองกับคอมพิวเตอร์ (Brain-Computer Interface - BCI) นั้น ประกอบด้วย 3 ส่วนสำคัญ ดังต่อไปนี้

1. อุปกรณ์ตรวจวัดสัญญาณสมอง

อุปกรณ์นี้มักอยู่ในรูปแบบ ชุดหูฟัง (Headset), หมวก (Cap) หรือสายคาดศีรษะ (Headband) ที่มีเซนเซอร์พิเศษฝังอยู่ เซนเซอร์เหล่านี้ทำหน้าที่ตรวจจับ และบันทึกคลื่นไฟฟ้าจากสมองของผู้ใช้

2. คอมพิวเตอร์สำหรับประมวลผลข้อมูลสมอง

ซอฟต์แวร์ของ BCI จะทำหน้าที่ วิเคราะห์และแปลผล สัญญาณที่ได้รับจากสมอง ใช้เทคนิคประมวลผลสัญญาณ และอัลกอริทึมพิเศษ เพื่อคาดการณ์ความต้องการของผู้ใช้

3. อุปกรณ์ หรือแอปพลิเคชันที่ควบคุม

เมื่อคอมพิวเตอร์ ถอดรหัสสัญญาณสมอง และระบุคำสั่งที่ผู้ใช้ต้องการได้แล้ว ระบบจะส่งคำสั่งไปยังอุปกรณ์เป้าหมาย เช่น เปิดไฟ, ควบคุมคอมพิวเตอร์ หรือสั่งให้แขนกลเคลื่อนไหว เป็นต้น

4. ระบบป้อนกลับ (Feedback)

อีกองค์ประกอบสำคัญของ BCI คือ ระบบป้อนกลับ (Feedback System) ซึ่งช่วยให้ผู้ใช้รับรู้ว่าคำสั่งที่ส่งไปสำเร็จหรือไม่ เช่น ถ้าหลอดไฟเปิดขึ้นมา แสดงว่า BCI ได้รับคำสั่งถูกต้อง การมีระบบป้อนกลับช่วยให้ผู้ใช้สามารถเรียนรู้ และปรับตัวให้เข้ากับการใช้ BCI ได้ดีขึ้น เช่นเดียวกับการที่เราฝึกควบคุมกล้ามเนื้อ และร่างกายของเราเอง

ประโยชน์ของ ส่วนต่อประสานสมอง กับคอมพิวเตอร์ (Benefits of Brain-Computer Interface)

1. ฟื้นฟูการเคลื่อนไหว และการทำงานของกล้ามเนื้อ

ส่วนต่อประสานสมองกับคอมพิวเตอร์ (Brain-Computer Interface - BCI) จะช่วยให้ผู้ป่วยที่สูญเสียการเคลื่อนไหวสามารถควบคุมอุปกรณ์ อย่างโครงกระดูกกล (Exoskeleton) และแขนขาเทียมได้โดยตรง ผ่านสัญญาณสมอง ไม่ต้องพึ่งพากล้ามเนื้อ ใช้ในกรณีของผู้ที่มีอาการบาดเจ็บไขสันหลัง หรือภาวะอัมพาต

ภาพจาก : https://www.semanticscholar.org/paper/Robust-Semi-synchronous-BCI-Controller-for-System-Choi-Kim/bd252ff34d0ce4dab035b136a237a432dbb293db

2. ช่วยผู้ที่ไม่สามารถพูดสื่อสารได้ (Mindwriting)

เทคโนโลยี BCI สามารถถอดรหัสสัญญาณสมองเป็นคำพูดได้ งานวิจัยจากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดแสดงให้เห็นว่า ชิปสมองสามารถพิมพ์คำได้เร็วถึง 62 คำต่อนาที ซึ่งใกล้เคียงกับอัตราการพูดปกติ ช่วยให้ผู้ป่วยที่เป็นอัมพาตจากโรค ALS หรือภาวะอื่น ๆ สามารถกลับมาสื่อสารได้อีกครั้ง

ภาพจาก : https://scitechdaily.com/mindwriting-software-is-able-to-turn-thoughts-about-handwriting-into-words-and-sentences/

3. ติดตาม และปรับปรุงสุขภาพจิต

BCI อาจช่วยในการรักษาโรคทางจิตเวช เช่น โรคไบโพลาร์, โรคย้ำคิดย้ำทำ (OCD), ภาวะซึมเศร้า และความวิตกกังวล ผ่านการกระตุ้นสมองด้วยสัญญาณไฟฟ้า นอกจากนี้ ยังสามารถช่วยป้องกันภาวะเครียดจากการทำงานหนัก (Burnout) และความเหนื่อยล้าทางจิตใจได้อีกด้วย

ภาพจาก : https://arstechnica.com/science/2020/04/bci-system-gives-paralyzed-man-back-his-sense-of-touch-with-haptic-feedback/

4. เสริมสร้างความสามารถทางปัญญา (Cognitive Enhancement)

BCI สามารถช่วยพัฒนาความสามารถทางสมองอย่างความจำ, การตัดสินใจ และความเร็วในการประมวลผลข้อมูล ผ่านระบบป้อนกลับทางชีวภาพ (Biofeedback) ทำให้ผู้ใช้สามารถติดตาม และฝึกฝนการทำงานของสมองได้

5. ช่วยให้เข้าใจการทำงานของสมองมากขึ้น

BCI สร้างช่องทางเชื่อมต่อโดยตรงระหว่างสมองกับเทคโนโลยี ซึ่งช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษากระบวนการคิด และการเรียนรู้ของสมองได้อย่างลึกซึ้ง

ความท้าทายของ ส่วนต่อประสานสมอง กับคอมพิวเตอร์ (Challenges of Brain-Computer Interface)

1. การอนุมัติด้านกฎระเบียบ

BCI ถูกจัดอยู่ในกลุ่มอุปกรณ์การแพทย์ อย่างไรก็ตาม BCI เป็นเทคโนโลยีใหม่ที่ยังไม่มีมาตรฐานกลาง ทำให้กระบวนการอนุมัติเป็นไปได้ยาก

2. ต้นทุน และค่าใช้จ่าย

หาก BCI ถูกนำมาใช้จริงในทางการแพทย์ ใครจะเป็นผู้รับผิดชอบค่าใช้จ่าย ? คำถามนี้รวมถึงค่าอุปกรณ์ ค่าติดตั้ง, ค่าผ่าตัด, ค่าติดตามผล และค่าอัปเกรดระบบในอนาคต ซึ่งอาจเป็นภาระที่สูงสำหรับผู้ป่วย

3. ความเท่าเทียม และจริยธรรม

BCI อาจกลายเป็นเทคโนโลยีที่เข้าถึงได้เฉพาะกลุ่มคนที่มีฐานะดี หากไม่มีนโยบายที่เหมาะสม อาจทำให้เกิดความเหลื่อมล้ำทางสังคมได้

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้ ส่วนต่อประสานสมอง กับคอมพิวเตอร์ (Applications of Brain-Computer Interface)

เทคโนโลยี ส่วนต่อประสานสมองกับคอมพิวเตอร์ (Brain-Computer Interface - BCI) กำลังพัฒนาอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้นำมาใช้ในชีวิตประจำวัน และการแพทย์ได้ ทั้งในด้าน เราลองมาดู สองตัวอย่างที่โดดเด่นของ BCI กัน

1. แขนกล และรถเข็นที่ควบคุมด้วยสมอง

BCI สามารถช่วยให้ ผู้ป่วยอัมพาตหรือผู้ที่สูญเสียความสามารถในการเคลื่อนไหว กลับมาควบคุมร่างกายได้อีกครั้ง ผ่านอุปกรณ์ แขนกล (Robotic Limbs) และรถเข็นไฟฟ้า (Wheelchairs) ที่สั่งการด้วยสมอง

อุปกรณ์เหล่านี้ใช้ เซนเซอร์ตรวจจับคลื่นสมอง (EEG) หรือชิปฝังในสมอง เพื่ออ่านสัญญาณจากสมองโดยตรง ระบบ ป้อนกลับทางประสาท (Neural Feedback) ช่วยให้สมองสามารถปรับตัว และควบคุมการเคลื่อนไหวได้แม่นยำขึ้น ผู้ป่วยสามารถ ขยับแขนเทียม, หยิบจับสิ่งของ หรือควบรถเข็น ได้เพียงแค่คิด

ตัวอย่างด้านล่างนี้เป็น IpsiHand โดย Neurolutions Inc. เป็นอุปกรณ์ที่ช่วยผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมองตีบ (Stroke) ฟื้นฟูการเคลื่อนไหวของแขนผ่านการใช้ BCI ได้

ภาพจาก : https://medicine.washu.edu/news/ipsihand-stroke-recovery-device-named-product-of-year-by-science-society/

2. Neuralink ชิปสมอง ที่พัฒนาโดยอีลอน มัสก์

Neuralink เป็นโครงการที่พัฒนา ชิปสมองขนาดเล็ก เพื่อช่วยให้ผู้ป่วยอัมพาตสามารถ ควบคุมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้เพียงแค่คิด ชิปฝังในสมอง มีขั้วไฟฟ้าขนาดจิ๋วที่สามารถอ่านสัญญาณประสาทโดยตรง

ภาพจาก : https://www.npr.org/2024/01/30/1227850900/elon-musk-neuralink-implant-clinical-trial

เป้าหมายหลักคือ ช่วยผู้ป่วยอัมพาตให้สื่อสาร และควบคุมอุปกรณ์ต่าง ๆ ได้ เช่น โทรศัพท์ คอมพิวเตอร์ หรือแขนขาเทียม เทคโนโลยีนี้ยังเปิดโอกาสให้มนุษย์สามารถ พัฒนา "สมองส่วนที่สาม" หรือความสามารถพิเศษระดับซูเปอร์ฮิวแมนในอนาคต และที่ผ่านในปี พ.ศ. 2567 (ค.ศ. 2024) Neuralink ก็ได้ฝังชิปให้กับผู้ป่วยอัมพาตรายแรกได้สำเร็จแล้ว

บทสรุป : อนาคตของ ส่วนต่อประสานสมอง กับคอมพิวเตอร์ (Conclusion : Future of Brain-Computer Interface) 

อนาคตของ ส่วนต่อประสานสมองกับคอมพิวเตอร์ (Brain-Computer Interface - BCI) ก็มีแนวโน้มที่จะกลายเป็นเทคโนโลยีที่เข้ามาเป็นส่วนหนึ่งของชีวิตประจำวัน ด้วยความสามารถทั้งทางเทคโนโลยี และทางการแพทย์ทำให้มันยิ่งน่าสนใจ ด้วยความก้าวหน้าทางปัญญาประดิษฐ์ (AI) และเทคโนโลยีเซนเซอร์จะช่วยให้ BCI มีความแม่นยำ และตอบสนองได้เร็วขึ้น และหากยิ่งก้าวหน้า แล้วลดต้นทุนของอุปกรณ์ได้ ก็จะทำให้สามารถเข้าถึงได้กว้างขวางขึ้น

อย่างไรก็ตาม BCI ยังคงมี ประเด็นด้านจริยธรรม และผลกระทบทางสังคมที่น่าเป็นห่วง ยังคงเป็นสิ่งที่ต้องพิจารณาอยู่ การพัฒนา BCI อย่างรอบคอบ และมีความรับผิดชอบจะเป็นกุญแจสำคัญในการทำให้เทคโนโลยีนี้นำมาซึ่งประโยชน์สูงสุดแก่มนุษยชาติ