Εφαρμοσμένη Γνωστική Ψυχολογία, Αλληλεπίδραση Ανθρώπου-Υπολογιστή, Διεπαφές Εγκεφάλου-Υπολογιστή και Εικονική Πραγματικότητα

1. Διεπαφές Εγκεφάλου – Υπολογιστή
και Εικονική Πραγματικότητα

2. Αλληλεπίδραση Ανθρώπου-Υπολογιστή
(HCI)
 Τι είναι; -> Πεδίο έρευνας, ανάπτυξης,
μεθοδολογίας, θεωρίας και πρακτικής εφαρμογής
σχετικά με την αλληλεπίδραση χρηστών και
υπολογιστικών συστημάτων.
 Στόχος; -> Σχεδιασμός, κατασκευή και ανάπτυξη
διαδραστικών υπολογιστικών συστημάτων για
ικανοποιητική, αποτελεσματική, εύκολη και
ασφαλή χρήση από τον άνθρωπο.
 Λειτουργία; -> Μέσω Διεπαφών Ανθρώπου-
Υπολογιστή/Μηχανής, Εγκεφάλου-Υπολογιστή,
Εικονικής Πραγματικότητας.

3. Ιστορική Αναδρομή Διεπαφών Α-Υ
 1822: Αναλυτική Μηχανή, Charles Babbage
 1950s: Διάτρητη Καρτέλα, Hollerith (επεξ. Δεδ.)
 1960s: Διεπαφή μέσω εντολών, πληκτρολόγιο
 1963: Ποντίκι, D. Englebart & B. English
 1980s: Γραφικό Περιβάλλον χρήστη (Graphical User
Interface-GUI), Xerox Star 8010
 1984: Multitouch (τεχνολογία μέσω πολλών σημείω ν
επαφής), B. Boie, B. Labs, Steve Jobs: Apple i-Pad
 2000s: «Αόρατη» Διεπαφή (Natural User Interface-
NUI), Microsoft: Project Natal, Kinect (x-box video games)
 Μέλλον (για τότε): Αλληλεπίδραση Εγκεφάλου-
Υπολογιστή (BCI)

5. Αλληλεπίδραση Εγκεφάλου-Υπολογιστή
Διεπαφές Ε-Υ (BCI)
 Τι είναι; -> Επικοινωνία εγκεφάλου/νευρώνων με έναν
υπολογιστή/εξωτερική συσκευή, μέσω διεπαφών (Brain
Computer Interfaces-BCI) -> Η πιο σύγχρονη
διεπαφή/μορφή ΑΑΥ (HCI).
 Αρχές-Βάση; -> Νευροεπιστήμες, Ιατρική, Μαθηματικά,
Πληροφορική, Ψυχολογία.
 Λειτουργία; -> Μέσω της πραγματικού χρόνου,
αποτελεσματικής έπεξεργασίας των μετρήσεων των ΗΕΓ
σημάτων του χρήστη τους.
 Στόχος; -> Μετάφραση των νοητικών διεργασιών/
προθέσεων του χρήστη σε σήματα ελέγχου εξωτερικών
συστημάτων ώστε: βοήθεια, ενίσχυση ή επιδιόρθωση
ανθρώπινων γνωστικών ή κιναισθητικών λειτουργιών.

6. Αλληλεπίδραση Εγκεφάλου-Υπολογιστή
Στόχοι Διεπαφών (BCI)
1. Επίτευξη αλληλεπίδρασης και επικοινωνίας
(αμφίδρομης ή μονόδρομης) μεταξύ του ανθρώπινου
νευρικού συστήματος (κεντρικού ή/και περιφερικού)
και ενός υπολογιστή
2. Δημιουργία ενός κατάλληλου τεχνολογικού και
προγραμματιστικού περιβάλλοντος που είναι σε θέση
α. να “διαβάσει” την πυροδότητση των νευρώνων,
β. να “ερμηνεύσει” αυτή την πυροδότηση και
γ. να εκτελέσει την αντίστοιχη λειτουργία που
συνδέεται με την ερμηνεία της πυροδότησής τους

7. Αλληλεπίδραση Εγκεφάλου-Υπολογιστή
Ιστορική Αναδρομή Εξέλιξης Διεπαφών
 1924: Πρώτη επιτυχής καταγραφή ανθρώπινου
ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος (Hans Berger, εφεύρεση ΗΕΓ)
 1970s: Πρόγραμμα ARPA, USA: όραμα δημιουργίας
διαδραστικού συστήματος επικοινωνίας Ε-Υ
 1999: Εκπαίδευση ποντικιών για κίνηση τεχνητού χεριού για
να πάρουν νερό, Dr. Chapin
 2000: Εκπαίδευση μαϊμούς στη χρήση τεχνητού χεριού, Dr.
Nicolelis [Nicolelis et al. (2000). “Real-time prediction of hand trajectory by ensembles of cortical
neurons in primates”]
 2006: Εμφύτευση ηλεκτροδίων στον εγκεφαλικό φλοιό του
Matt Nagle (τετραπληγικός ασθενής) και εκπαίδευση στον
έλεγχο κέρσορα πάνω σε μια οθόνη με τη σκέψη του, Dr.
Hochberg [Hochberg et al. (2006). “Neuronal ensemble control of prosthetic devices by a human
with tetraplegia”]

9. Αλληλεπίδραση Εγκεφάλου-Υπολογιστή
Παρόν – Διεπαφές, Μέθοδοι
Επεμβατικές μέθοδοι:
 Ενσωμάτωση ηλεκτροδίων στην φαιά ουσία του εγκεφάλου
(χρήσιμη σε υλοποιήσεις διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή που δεν απαιτείται απλά
ανάγνωση του εγκεφαλικού σήματος αλλά ενεργοποίηση πολύ συγκεκριμένων
περιοχών του εγκεφάλου)
 ΗΕΓ (EEG) με εμφύτευση ηλεκτροδίων στην περίμετρο του
εγκεφάλου (πλάκα από ηλεκτρόδια κάτω από τη σκληρή μήνιγγα , στην
περικρανιακή περιοχή)
Μη επεμβατικές μέθοδοι:
 ΗΕΓ (EEG) με emotiv/ συσκευή πολλών ηλεκτροδίων/
ελαστικό καπέλο
 Λειτουργική Μαγνητική Τομογραφία (πολύ υψηλή οπτική ανάλυση)

11. Brain Wave Paradigm
 BETA waves (συγκέντρωση και προσοχή)
 ALPHA waves (χαλάρωση)
->Μπορούν να «συλλειτουργούν», να
συνυπάρχουν
->Πρόβλημα συνύπαρξης και άλλων
διεργασιών: ΘΟΡΥΒΟΣ

12. P300 Paradigm
 Ηλεκτρικό Δυναμικό
 Η στιγμή που ο εγκέφαλος βρίσκει κάτι που ψάχνει
ανάμεσα σε τυχαία/ποικίλλα γεγονότα/πράγματα
 Εντοπίζεται σε χρονικό διάστημα 300 ms μετά τη
«συνειδητοποίηση της εύρεσης»
 Χρειάζεται –όχι έντονη βέβαια- εκπαίδευση
-> P300 SPELLER
-> Ανιχνευτής Ψεύδους, Panafon, 1988: Πρόβλημα
αξιοπιστίας και αμφιλεγόμενη χρήση
-> Συνδυασμός με το κιναισθητικό παράδειγμα
(sensory-motor paradigm)

13. Sensory-Motor Paradigm
 Νέα Γενιά Διεπαφών Ε-Υ: Ακόμη σε εξέλιξη- στο
εργαστήριο
 Χρειάζεται αρκετή εκπαίδευση
 Έλεγχος κινήσεων σε παραπάνω από μία
Διαστάσεις
 Κίνηση Κέρσορα με τη σκέψη ώστε να κινηθεί
κανείς μέσα στον (ηλεκτρονικό) χώρο
 Ωστόσο, αρκετά –ακόμη- αργό και «ενοχλητικό»,
λόγω κούρασης
 Συνδυασμός με το P300, για καλύτερη εφαρμογή
(επιλογή κατεύθυνσης ή στόχου από μενού)

14. Πρακτικές εφαρμογές Διεπαφών Ε-Υ
1. Αποκατάσταση Γνωστικών/ Νευρολογικών βλαβών
(robots, VR κλπ.)
2. Βοήθεια ατόμων με κινητικές-αισθητικές βλάβες,
παράλυση, ALS, LG disease κλπ.
3. Βοήθεια ατόμων με μαθησιακές δυσκολίες, αυτισμό ή
ειδικές ανάγκες (robots, VR, focus systems κλπ.)
4. Σχιζοφρένεια (υποβοήθηση ασθενών)
5. Εκπαίδευση (συγκέντρωση, προσοχή)
6. Ύπνος – παρατήρηση και βοήθεια αποκατάστασης
7. Ανιχνευτής Ψεύδους (αμφιλεγόμενο)
8. Διασκέδαση κι εμπορικές εφαρμογές (πχ. IntendiX,
Mindball κ.α.)

16. Σύνδεση ΑΕΥ & ΔΕΥ με τη Γνωστική
Ψυχολογία
 Σχεδιασμός Διεπαφών Ε-Υ, προγραμμάτων και
λειτουργικών συσττημάτων. Σύνδεση άλλων
παραγόντων με γνωστικές λειτουργίες.
Εξήγηση/πρόβλεψη γνωστικών αντιδράσεων.
 Ενδιαφέρον για τις πιθανές εφαρμογές των
συστημάτων BCI και τα ωφέλη τους στη γνωστική
απόδοση/αποκατάσταση.
 Σχεδιασμός προγραμμάτων (HCI) για την
έρευνα/μελέτη των BCI.

18. Τροφή για σκέψη, μελέτη κι έρευνα...
 Εξέλιξη BCI, ταχύτερη λειτουργία συστημάτων
 Ανάγκη λιγότερης/μηδαμηνής εκπαίδευσης
 Απομόνωση θορύβου και εξωτερικών παρεμβολών
 Οικονομικότερα συστήματα, ώστε: ευρεία χρήση
 Επικέντρωση στην καινοτομία, ναι, ΑΛΛΑ κυρίως
επικέντρωση στην ενσυναίσθηση και τη φροντίδα
για τον άνθρωπο (Corrina Lathan- TEDxSwarthmore)
ΚΑΙ στην προστασία των προσωπικών δεδομένων
και της χρήσης τους (Avi Goldberg- TEDxAsheville)

19. Ευχαριστώ πολύ!