En visuell imagery-paradigm för BCI-strategier med föreställda flimmermönster

Föreställa sig ljus för att tala med maskiner

För personer som inte kan röra sig eller tala erbjuder hjärn–datorgränssnitt (BCI) ett sätt att kommunicera enbart med hjärnaktivitet. Många av dagens system bygger på att man stirrar på flimrande ljus på en skärm, vilket är omöjligt eller obekvämt för vissa patienter. Denna studie undersöker en annan idé: i stället för att titta på blinkande mönster, vad händer om användarna helt enkelt föreställer sig dem och ändå kan styra en dator?

Från blinkande ljus till mentala bilder

Traditionella BCI-system använder ofta stadigt flimrande bilder för att framkalla ett repeterbart svar i de visuella delarna av hjärnan. När en person stirrar på ett ljus som blinkar med en fast frekvens, ekar hjärnans elektriska aktivitet subtilt den rytmen, och sensorer på skalpen kan plocka upp den. Denna metod förutsätter dock att användaren kan hålla ögonen fixerade på skärmen. Personer med svår förlamning eller problem med ögonrörelser, såsom de med låst-in-syndrom efter en stroke eller på grund av en neurodegenerativ sjukdom, kanske inte klarar detta, vilket begränsar vilka som kan dra nytta av tekniken.

Göra mentalt flimmer till kontrollsignaler

Författarna byggde ett BCI som ersätter externa flimmer med mentala sådana. Först tittade 20 friska frivilliga på schackmönster på en datorskärm som blinkade i olika hastigheter. Denna initiala fas identifierade vilka två blinkfrekvenser varje persons hjärna svarade på allra tydligast. Därefter övade frivilliga en blandad rutin där de ibland såg flimmer och ibland skulle föreställa sig dem. Slutligen, i huvudtesten, blev skärmen mörk: endast pilar eller enkla former på skärmen talade om för deltagarna vilken av två flimmerhastigheter de skulle föreställa sig i sitt sinne, eller när de skulle vila. Under hela experimentet registrerade en uppsättning av 10 elektroder på skalpen hjärnaktivitet, som sedan omvandlades till en sammanfattning av hur mycket kraft olika rytmiska komponenter innehöll.

Lära en maskin att läsa föreställda mönster

För att omvandla dessa subtila rytmer till kommandon använde forskarna en standardmetod för mönsterigenkänning som drar en gräns mellan olika typer av signaler. För varje frivillig tränades datorprogrammet att skilja mellan tre mentala tillstånd: föreställa sig ett långsammare flimmer, föreställa sig ett snabbare flimmer eller vila. I en "offline"-fas analyserade datorn tidigare inspelade data och testade hur väl den kunde gissa rätt tillstånd. Senare, i en "online"-fas, var systemet tvunget att klassificera hjärnaktiviteten i realtid medan personen utförde de mentala uppgifterna live, vilket bättre efterliknade ett praktiskt BCI.

Hur bra fungerade det bildbaserade systemet?

När data undersöktes offline identifierade systemet användarens mentala tillstånd korrekt ungefär 61 procent av gångerna i genomsnitt över de 20 försökspersonerna. För ett trevalsproblem skulle slumpvis gissning ligga runt en tredjedel i korrekthet, så denna prestanda ligger väl över slumpnivå. I det live online-testet sjönk noggrannheten till cirka 51 procent i genomsnitt, men förblev ändå klart bättre än slumpen för gruppen som helhet. Vissa personer klarade sig mycket bra, medan några låg närmare slumpnivå, vilket speglar naturliga skillnader i hur lätt individer kan upprätthålla levande visuella bilder och stabil uppmärksamhet. Valet av flimmerfrekvenser spelade också roll, men försök att automatiskt välja varje persons "bästa" frekvenspar gav blandade fördelar, vilket tyder på att detta steg fortfarande behöver förfinas.

Vad detta kan betyda för framtida användare

Studien visar att det räcker att föreställa sig flimrande mönster för att få fram en användbar kontrollsignal för hjärn–datorgränssnitt, utan att användare behöver stirra på starka, blinkande bilder. Även om systemet i nuläget bara erbjuder tre val och fungerar med måttlig noggrannhet, kräver det lite träning och använder standardutrustning som är prisvärd. Med fortsatt utveckling — såsom förbättrade metoder för att välja de bästa frekvenserna och att lägga till fler mentala kommandon — skulle denna typ av imagery-baserat BCI kunna bli ett praktiskt alternativ för personer som inte kan röra ögonen väl eller tolerera visuell stimulans, och därmed öppna en annan väg till kommunikation och kontroll enbart med sinnet.

Citering: Priori, S., Ricci, P., Consoli, D. et al. A visual imagery paradigm for BCI strategies using imagined flickering patterns. Sci Rep 16, 11967 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41324-6

Nyckelord: hjärn-datorgränssnitt, visuell imagery, EEG, neurorehabilitering, hjälpmedelskommunikation