- Uitleg
- |
- Technologische innovatie
- |
- po
- vo
- mbo
Brein-computerinterfaces
In dit artikel gaan we in op een onderdeel van neurotechnologie: brein-computerinterfaces (BCI’s). BCI's vormen de verbinding tussen het brein en een extern apparaat. Dit type interface kan hersensignalen meten, digitaliseren en via een computer classificeren. Dit kan vervolgens weer in een actie worden omgezet. Wat kunnen we in de toekomst verwachten van deze technologie voor het onderwijs?
Door Els Booij, Wietse van Bruggen
Steeds meer organisaties wereldwijd tonen belangstelling voor neurotechnologie. Sommige zijn zelfs al bezig met concrete toepassingen ervan. Denk aan het bedrijf Neuralink van Elon Musk dat hersenimplantaten ontwikkelt. Of aan hersengolfdetectie in oordopjes. In China zouden leerlingen soms zelfs al een neurofeedbackdevice dragen voor het meten van de concentratie. De neurotechnologie is zeker nog niet volwassen – er zijn enkele medische toepassingen en er wordt vooral nog onderzoek gedaan – maar de impact op onderwijs is in potentie zeer groot.
Mogelijke toepassingsgebieden BCI
Er zijn op dit moment drie hoofdgebieden waarin de mogelijkheden van brein-computerinterfaces worden onderzocht.
Cognitieve vaardigheden verbeteren
Via neurotechnologie krijgen we inzicht in ons brein bij het uitvoeren van allerlei activiteiten. We kunnen bijvoorbeeld detecteren wanneer we gestrest of afgeleid zijn. Met behulp van neurostimulatie kunnen we signalen sturen naar het brein waarmee we onze aandacht en ons geheugen kunnen stimuleren.
Er zijn bijvoorbeeld onderzoeken gedaan naar de inzet van neurostimulatietechnologie bij mensen met leesproblemen. De resultaten waren zeer positief. Deelnemers konden met een apparaat dat een gedeelte van het brein stimuleerde, sneller lezen dan zonder device.
Symptomen bij aandoeningen tegengaan
Neurotechnologie is toepasbaar bij verschillende medische aandoeningen zoals Parkinson. Door het stimuleren van een gedeelte van het brein zijn symptomen van Parkinson te onderdrukken, waardoor mensen er geen of veel minder last van hebben. Er is ook veel onderzoek gaande naar neuroprotheses die beschadigde of onderontwikkelde gedeeltes van het brein mogelijk kunnen herstellen.
Externe apparaten aansturen
Er zijn experimenten bekend met protheses die worden aangestuurd door hersensignalen. Denk aan handprotheses. Andere mogelijke toepassingen zijn:
- een computer of smartphone aansturen met hersensignalen
- het aansturen van een spraakcomputer, zodat iemand met een beperking toch kan communiceren met andere mensen.
In de verdere toekomst kunnen we mogelijk met ons brein apparaten op afstand aansturen. Denk aan een robot op de keukentafel die een boterham snijdt of een robot in een fabriek.
Hoe werkt het?
Het proces achter deze technologie werkt als volgt:
- Detecteren van signalen in het brein
- Analyseren van waargenomen signalen in het brein
- Actie uitvoeren op basis van de analyse
De werking van brein-computerinterfaces in beeld.
© Kennisnet
Detecteren van signalen in het brein
Het detecteren van signalen in het brein gebeurt via sensoren op of in het hoofd. Er zijn verschillende vormen:
- Niet-invasief: devices worden op het hoofd gedragen of geplaatst, zoals een headset en elektrodes.
- Semi-invasief: devices worden intern in het hoofd bovenop het brein aangebracht.
- Invasief: devices worden direct in het brein ingebracht.
Niet-invasieve devices zijn het veiligst en het goedkoopst. Ze zijn echter minder precies dan invasieve en semi-invasieve devices in de mate waarin ze breinsignalen kunnen detecteren. De schedel zit immers tussen het brein en de sensoren in. Het nadeel van invasieve en semi-invasieve devices is echter dat ze een soms zeer ingrijpende operatie vergen.
Analyseren van waargenomen signalen in het brein
Al deze technologieën – invasief of niet – genereren data. Voordat we deze data nuttig kunnen gebruiken, moeten we ze verwerken, filteren en analyseren. Hiervoor wordt soms artificial intelligence (AI) ingezet. Er kunnen ook individuele verschillen zijn tussen mensen bij het meten van data. Om een toepassing op de juiste manier inzetbaar te maken voor een specifiek persoon wordt machine learning toegepast.
Actie uitvoeren op basis van de analyse
Op hoofdlijnen kunnen we de analyse voor drie zaken gebruiken:
- We kunnen de analyse laten zien aan de gebruiker om op die manier inzicht te geven in zijn of haar gedrag. Op basis van dit inzicht kunnen gebruikers bijvoorbeeld hun gedrag of levensstijl veranderen.
- We kunnen de analyse inzetten voor aansturing, bijvoorbeeld van een robotarm of hand, of voor het geven van een commando aan een computer. Voorbeeld: iemand denkt aan het schrijven van een woord en kan vervolgens dit woord op het beeldscherm van een computer laten verschijnen.
- We kunnen op basis van de analyse een signaal terugsturen naar het brein en gedeeltes van het brein beïnvloeden. Dit kan niet-invasief, semi-invasief of invasief gebeuren, afhankelijk van het doel en de benodigde mate van precisie.
Combineren met andere technologie
Neurotechnologie is in de toekomst mogelijk ook toepasbaar in combinatie met andere technologie. Voor virtual reality kunnen we bijvoorbeeld hersensignalen gebruiken zodat we het beeld nog sneller kunnen laten reageren als iemand ergens naar wil kijken in een VR-omgeving. In plaats van de beweging van het hoofd te detecteren, zouden we dan het gedeelte in het brein monitoren waarin de keuze voor deze beweging wordt gemaakt. Zo is het mogelijk om te anticiperen voordat iemand daadwerkelijk het hoofd beweegt.
De inzichten die neurotechnologie wil geven, kunnen we mogelijk ook op andere manieren verkrijgen. Of BCI en andere technologie kunnen een combinatie vormen. Denk aan wearables zoals smartwatches die steeds meer meten. Er wordt bijvoorbeeld onderzocht of fysiologische data – zoals zweten, verhoogde hartslag – ook bruikbaar is om betrouwbaar vast te kunnen stellen of en in welke mate iemand is afgeleid.
Volwassenheid van de technologie
Neurotechnologie en BCI’s worden vooral in de medische en onderzoekswereld gebruikt. Van brede toepassing is nog geen sprake. In het onderwijs zien we de technologie alleen nog in een onderzoekssetting.
Wel krijgt de technologie steeds meer aandacht. Zo timmert Elon Musk met het bedrijf Neuralink aan de weg, verschijnen er veel start-ups op dit vlak en doen grote technologiebedrijven zoals Meta (Facebook) en Google onderzoek er onderzoek naar.
Alhoewel we steeds meer weten over het brein, weten we ook nog heel veel dingen niet. Het kunnen lezen en begrijpen van iemands gedachten is totaal niet aan de orde. We kunnen vooral heel specifieke signalen uitlezen of beïnvloeden. Soms weten we over een heel specifiek deel van het brein voor een bepaald doel heel veel. Zo is het mogelijk een cursor van een muis aan te sturen door een gedeelte van het brein te monitoren.
De ethische en maatschappelijke vraagstukken van neurotechnologie zijn groot en veelzijdig. Er is geen maatschappelijke acceptatie voor brede inzet ervan en de technologie zal veel weerstand oproepen.
Toepasbaarheid voor het onderwijs
De technologie is nog verre van mainstream. De genoemde voorbeelden in dit artikel zijn zeker nog niet allemaal toepasbaar en er wordt nog volop onderzoek gedaan. We noemen een aantal toepassingen die het onderwerp zijn van onderzoek.
- Inzicht krijgen in de mentale staat van leerlingen. TNO doet bijvoorbeeld onderzoek naar het gebruik van neurodata en fysiologische data om de aandacht van leerlingen tijdens een les te kunnen monitoren. Leraren kunnen deze data mogelijk gebruiken om hun lessen te verbeteren.
- Leerlingen inzicht geven in processen in het brein om de ontwikkeling van metacognitieve vaardigheden te versnellen. Via neurotechnologie zouden leerlingen bijvoorbeeld inzicht kunnen krijgen in hun stressniveau en de momenten waarop ze meer of minder afgeleid zijn.
Via een brein-computerinterface kan een leerling inzicht krijgen in bijvoorbeeld stressniveaus tijdens de lessen.
© Kennisnet
- Inzicht krijgen in het effect van verschillende aanpakken, methodieken en technologieën op het leren. Deze gegevens kunnen nieuwe en diepere inzichten geven waarmee we het onderwijs kunnen verbeteren.
- Het onderwijs toegankelijker en inclusiever maken voor leerlingen met een beperking. Bijvoorbeeld op cognitief niveau bij leerlingen met een leesbeperking. Of fysiek: neurotechnologie kan de symptomen van een aandoening tegengaan die er nu voor zorgt dat een leerling minder goed mee kan doen in het reguliere onderwijs.
Aandachtspunten en tips
Verken nu al de mogelijkheden en discussieer over de ethische vragen
Het lezen van dit artikel roept ongetwijfeld ethische vragen op. De technologie biedt namelijk enorme mogelijkheden, maar is tegelijkertijd beangstigend. Er kunnen veel onvoorziene effecten bij de inzet van dit soort technologie optreden. Deze vragen zijn de moeite waard om nu al te verkennen. Op welke manier kan deze technologie bijvoorbeeld sociale ongelijkheid in het leren vergroten of verkleinen? Wanneer en voor wie is het gewenst om deze technologie in het leren te gebruiken? En wie beslist daarover?
Veiligheid en privacy
Met neurotechnologie kunnen we in de toekomst biometrische gegevens verzamelen, verwerken en analyseren. Biometrische gegevens zijn bijzondere persoonsgegevens die zorgvuldigheid vragen, omdat ze vaak herleidbaar zijn tot een individu. Neem daarom afwegingen rond veiligheid en privacy mee bij elke toepassing van deze technologie en bij ieder experiment.
Hoe objectief zijn de analyses?
Een ander belangrijk risico dat gaat spelen als toepassingen van neurotechnologie meer wijdverspreid raken, is dat metingen en analyses al snel als objectief worden beschouwd. Conclusies trekken is echter niet eenvoudig. Bekijk de verkregen data altijd in de juiste context (in welke situatie en onder welke condities zijn ze verzameld) en bedenk dat de betekenis en consequenties per persoon kunnen verschillen. Als dit niet gebeurt lopen mensen het risico dat hun identiteit wordt beïnvloed op een manier die niet gewenst is.