Giochi mentali

Marco Della Torre siede davanti a un enorme schermo piatto, con in testa uno strano aggeggio simile a un ragno. Alza lentamente le braccia e una roccia virtuale inizia a brillare e a tremare sullo schermo. Vacilla un po' e poi si alza, sospeso brevemente nell'aria.

Controllo del cervello : Qui è mostrato il prototipo della versione commerciale di un nuovo controller per videogiochi di Emotiv Systems. L'auricolare wireless ha 16 sensori incorporati che registrano i segnali elettrici dal cervello.

Della Torre, ingegnere di prodotto presso la startup Emotiv Systems di San Francisco, sta dimostrando il nuovo controller di gioco dell'azienda, un auricolare che incorpora sensori in grado di rilevare l'attività cerebrale. Emotiv e il suo concorrente, Neurosky, con sede a San Jose, stanno sviluppando i primi dispositivi di gioco che utilizzano l'elettroencefalografia (EEG), una tecnologia vecchia di decenni in cui elettrodi posizionati sul cuoio capelluto misurano l'attività elettrica nel cervello.

Questa storia faceva parte del nostro numero di luglio 2008

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Nelle mani dei neurologi, l'EEG può essere un potente strumento per, ad esempio, identificare la fonte delle crisi nei pazienti con epilessia. Ma gli sviluppatori di giochi vogliono utilizzare l'EEG per consentire ai giocatori di controllare gli ambienti virtuali con le loro menti. Sperano che l'EEG diventi la prossima grande interfaccia per computer, un passo oltre i dispositivi come il telecomando Nintendo Wii, che consente ai giocatori di convertire i movimenti della mano in azioni sullo schermo.

Sia Emotiv che Neurosky hanno generato un enorme fermento nel mondo dei giochi. Ma le cuffie possono davvero fornire l'esperienza che i giocatori stanno cercando? Le persone tendono a voler fare fantascienza e [usare i segnali EEG per] puntare la pistola o far volare l'aereo, afferma Scott Makeig, neuroscienziato dell'Università della California, a San Diego. Ma in realtà, i cambiamenti nell'EEG sono legati a cambiamenti nella vigilanza e nell'eccitazione che sono lenti per loro natura. Cercare di usarlo per fare cose veloci non è molto naturale.

MAGGIORI INFORMAZIONI:

• Cuffie Epoc

  Emotivo, $299
  Uscita prevista per le festività natalizie 2008

  
  
  

• Mentalità

  Neurosky, stimato da $49 in su
  Non ancora disponibile al pubblico

E misurare i segnali cerebrali è già abbastanza complicato in primo luogo. Leggeri movimenti muscolari, ad esempio, possono generare potenziali elettrici più di 10 volte più forti di quelli prodotti dai neuroni. Gli scienziati che usano l'EEG cercano di filtrare questo rumore in vari modi: migliorando la sensibilità del sensore applicando gel conduttivo sul cuoio capelluto, disponendo i sensori in cappucci appositamente montati sulla testa di un soggetto e impiegando complesse analisi del segnale. Si è rivelato difficile rimuovere in modo convincente la contaminazione dai segnali EEG, afferma Alan Gevins, neuroscienziato e fondatore di SAM Technology a San Francisco, un'azienda che sta sviluppando test medici basati sull'EEG per valutare l'attenzione e la memoria.

Nel cercare di progettare un auricolare adatto al gioco, Emotiv e Neurosky affrontano una sfida scoraggiante: non deve richiedere gel appiccicosi, deve essere abbastanza semplice da poter essere indossato da qualsiasi utente (non importa quanto stranamente abbia la forma della sua testa), e deve utilizzare risposte EEG lente per controllare azioni rapide. Per vedere come stanno andando, sono volato in California all'inizio di quest'anno per testare entrambi i loro dispositivi, con l'aiuto di Gevins.

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• Alan Gevins, neuroscienziato e fondatore di SAM Technology, parla di EEG.

tipo Yoda
Seduto su un divano in pelle nera negli eleganti uffici di Emotiv nel centro di San Francisco, il produttore di giochi Zachary Drake mi schiaccia le cuffie Epoc sulla testa. La sagoma di una testa sullo schermo televisivo di fronte a me indica la qualità del segnale proveniente da ciascuno dei 14 elettrodi dell'auricolare. Il mio registro per lo più giallo-medio a scarso.

Sto testando un gioco sviluppato appositamente per mostrare le capacità di Epoc. Di fronte a una pagoda incastonata in un paesaggio di vette ripide e alberi profilati, un maestro di arti marziali mi ordina di sollevare una roccia usando solo i miei pensieri. Cercando di evocare un'intensità simile a quella di Yoda, mi concentro sulla roccia e faccio un movimento di sollevamento con la mano. (Mentre Della Torre dice che non è necessario fare fisicamente il movimento, spesso aiuta.) All'inizio, la roccia non fa nulla. Poi si solleva leggermente, ondeggia nell'aria e affonda.

Il gioco include alcune sessioni di allenamento, in cui il software cerca modelli specifici di attività elettrica che si verificano quando penso di sollevare una roccia o faccio il movimento per sollevare. Il programma cercherà quindi di rilevare e rispondere a quei modelli una volta iniziata la riproduzione. In teoria, in realtà non ho bisogno di immaginare di sollevare la roccia: qualsiasi modello specifico di attività cerebrale, o potenzialmente anche di attività muscolare, potrebbe essere legato a un comando. Se pensassi ripetutamente di spingere durante il periodo di allenamento, il computer lo considererebbe il segnale da sollevare.

Quella calibrazione del sistema non è sempre precisa. Durante la mia corsa di prova, la roccia si alza in aria mentre mi allontano dallo schermo per scrivere sul mio taccuino. Ho anche fatto esplodere una montagna senza voler fare nulla. Drake lo spiega, dicendo che sono come un mago che sta imparando a lanciare incantesimi: a volte si attivano quando non ci provi nemmeno.

L'auricolare Emotiv ha altri due presunti poteri, entrambi i quali potrebbero essere più in sintonia con i punti di forza dell'EEG. Usando i segnali muscolari raccolti dai movimenti del viso e degli occhi, può leggere le espressioni facciali, quindi potrebbe aiutare ad animare gli avatar delle persone, i loro alter ego digitali, in mondi virtuali come Second Life. (Sono in fase di sviluppo fotocamere potenziate dal software per fare cose simili.) Più nuova è la capacità delle cuffie di rilevare approssimativamente il tuo stato d'animo, se sei impegnato (che sia arrabbiato o attento) o meno. Il cielo nel gioco di arti marziali diventa arancione quando comincio a concentrarmi e diventa verde quando guardo fuori dalla finestra.

Chris Linder, uno sviluppatore che lavora su un gioco che verrà spedito con la versione commerciale del dispositivo Emotiv, afferma che il suo team si è divertito di più a progettare funzionalità che sfruttano questi due aspetti. Mentre Linder, il cofondatore dei Demiurge Studios di Cambridge, MA, non vuole divulgare i dettagli del suo gioco nascente, dà l'esempio di permettere al giocatore di camminare sull'acqua, ma solo mantenendo un costante livello di calma. Se eri troppo eccitato, affonderesti, dice Linder, la cui azienda ha anche sviluppato alcuni dei primi giochi per Wii.

A circa 50 miglia a sud degli uffici di Emotiv a San Francisco ci sono quelli del suo principale concorrente, Neurosky, che ha adottato un approccio molto più semplice alla creazione di un dispositivo EEG commerciale. L'auricolare che ha sviluppato ha un solo sensore, che poggia sulla fronte, e un processore integrato che analizza i segnali in ingresso prima di inviare i dati in modalità wireless a un computer.

Il dispositivo Neurosky tenta di rilevare diversi stati mentali analizzando le fluttuazioni ritmiche delle onde cerebrali nella tensione misurata dagli elettrodi EEG. Sebbene non vi sia corrispondenza uno a uno tra lo stato mentale e uno specifico ritmo cerebrale, gli scienziati hanno riportato collegamenti specifici. Alcuni modelli di ritmi theta, che si verificano a una frequenza da quattro a sette hertz, sono legati alla sonnolenza. Le onde alfa, da otto a dodici hertz, sono caratteristiche del rilassamento. (Le onde alfa possono anche essere indotte chiudendo gli occhi.) Gli algoritmi distillano i segnali elettrici registrati dal sensore in un unico numero di uscita, che può quindi essere utilizzato come elemento di controllo in un videogioco o in un'altra applicazione. Un secondo set di algoritmi è progettato per rilevare uno stato mentale che l'azienda chiama meditazione. (Come nel caso del dispositivo Emotiv, anche qui probabilmente entra in gioco l'attività muscolare. Quando cerchi di concentrarti, ad esempio, è probabile che tu stia seduto fermo e non muovi la testa o gli occhi; l'abbattimento dell'attività muscolare può essere un fattore nell'analisi del dispositivo.)

Giocando a un semplice gioco progettato per mostrare le capacità del dispositivo, sollevo con successo un blocco virtuale in aria concentrandomi. Ho anche dato fuoco a un ramo mantenendo quella concentrazione: il ramo fa scintille e fumi e poi esplode in fiamme, un'esperienza inaspettatamente soddisfacente. Quindi, mi concentro coraggiosamente interiormente e riesco a sollevare un aereo affondato da un lago.

Compratore stai attento
Cosa pensano i neuroscienziati, che usano l'EEG da decenni, dei tentativi di queste aziende di convertire uno strumento di ricerca in una tecnologia di gioco? Quelli con cui ho parlato sono tutti scettici sul fatto che i dispositivi si basino solo sull'attività cerebrale. (Neurosky ammette questo, mentre il presidente di Emotiv, Tan Le, insiste sul fatto che la funzione di telecinesi utilizza solo segnali elettrici provenienti dal cervello.) Gerwin Schalk, un ricercatore presso il Wadsworth Center di Albany, NY, sta sviluppando sistemi basati su EEG che consentono alle persone gravemente paralizzate di interagire con i computer. Dice che con il suo sistema di seconda generazione, ci vogliono diverse ore di allenamento per controllare un grado di libertà di movimento, quello di cui hai bisogno per sollevare una roccia nel videogioco Emotiv. È necessaria una pratica più ampia per sviluppare il controllo multidimensionale. Se volessi raccogliere segnali per spostare un'astronave a sinistra oa destra, sarebbe molto più facile per una persona farlo con l'espressione facciale che con l'attività cerebrale, afferma Schalk.

Alan Gevins, che ha studiato l'EEG negli ultimi 40 anni, è d'accordo. Se i sensori non stanno facendo un buon contatto con il cuoio capelluto, si muoveranno leggermente e genereranno un artefatto quando la testa si muove, dice. Tali artefatti spesso non sono così ovvi e non sono facilmente rimossi algoritmicamente. Emotiv ha rifiutato di mostrarci i dati EEG grezzi raccolti dal suo dispositivo, citando preoccupazioni proprietarie, quindi era impossibile determinare se le cuffie e il software di analisi stessero davvero filtrando il rumore e misurando l'attività cerebrale in modo coerente.

Sebbene Gevins riconosca che per un sistema di gioco, non importa che tipo di segnali sta utilizzando il dispositivo, si preoccupa che sopravvalutare la capacità dell'EEG di leggere la tua mente potrebbe danneggiare la reputazione della tecnologia. Sono fuori di testa con le etichette che stanno mettendo sulle cose, dice.

Altri sperano che i dispositivi EEG possano avere applicazioni mediche. Lesco Rogers, specialista nella gestione del dolore presso il Duke University Medical Center di Durham, NC, ha discusso con Neurosky per testare il suo dispositivo per l'uso con pazienti con ictus. Rogers sta prendendo in considerazione usi molto semplici della tecnologia, come consentire ai pazienti disabili di accendere un televisore. Ciò che rende la tecnologia interessante per me è il prezzo, dice.

Nel frattempo, la capacità dell'EEG di misurare la prontezza e l'eccitazione potrebbe aggiungere un nuovo livello interessante ai videogiochi: in una visualizzazione involontaria di una delle caratteristiche di Epoc, il cielo brillava di un arancione brillante mentre Della Torre, che indossava ancora le cuffie dopo una dimostrazione, discuteva con un scienziato scettico. Ma la tecnologia sembra ancora troppo limitata per avere l'impatto trasformativo del Wii. È vero che i dispositivi di Emotiv e Neurosky possono, a un livello molto semplice, leggere la tua mente e sollevare quel piano con i poteri di concentrazione è stato molto impressionante. Ma è probabile che la novità dei dispositivi svanisca rapidamente e i giocatori che si aspettano la capacità di esercitare un controllo mentale preciso rischiano di rimanere delusi.

Emily Singer è BAMBINI editore di biotecnologie e scienze della vita.

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