INTERFACES CEREBRO-MÁQUINA

INTERFACES CEREBRO-MÁQUINA
APLICADAS AL DISEÑO DE EXPERIENCIAS
Iván Tarride
Diseñador de la Pontificia Universidad Católica de Chile
Designer, Pontificia Universidad Católica de Chile
Desde principios del siglo
Las vías para intercambiar datos con máquinas, desde
botones y teclados a la reciente aparición de cámaras
capaces de identificar nuestros movimientos corporales,
determinan nuestras posibilidades de interacción con
éstas. Ante la aparición de interfaces cerebro-máquina
de bajo costo, la propuesta de enviar directamente datos
desde nuestro cerebro hacia computadores modifica
radicalmente las interacciones posibles, y expande
el diseño de experiencias hacia un terreno altamente
innovador. En este contexto se plantea una investigación
sobre las posibilidades de uso de dichas interfaces desde
el punto de vista del diseño, centrada en la reflexión
y exploración de las peculiaridades que la tecnología
determina para el usuario. Se proponen dos aplicaciones
a nivel experimental desde perspectivas completamente
distintas; por un lado conectividad y aporte a personas
con movilidad reducida, y por otro la personalización
de contenidos multimedia en tiempo real según la
emocionalidad del usuario. El resultado del proceso
implica la generación de conocimiento centrado en el
diseño de experiencias.
XX la idea de estudiar
Diseño de experiencias _ interacción _ interfaz
cerebro-máquina _ BMI _ multimedia
The ways to Exchange data with machines, from buttons
and keyboards to the recent introduction of cameras
capable of identifying our body movements, determine
our possibilities of interaction with these. Faced with
the introduction of low cost brain-machine interactions,
the prospect of sending data directly
from our brain to computers radically modifies
the possible interactions, expanding the design of
experiences towards a highly innovative territory.
In this context, a research is proposed on the possibilities
of using the said interfaces from the design point of
view, centered on a reflection and exploration of the
peculiarities that technology determines for the user.
Two applications are proposed at an experimental
level from completely diverse perspectives, on the one
hand, connectivity and a contribution to persons with
reduced mobility, on the other, the personalization
of real-time multimedia content according to the
emotionality of the user. The results of the process
implies the generation of knowledge centered on
experience design.
Experience design _ interaction _ brain-machine
interface _ BMI _ multimedia
los cambios de potencial
eléctrico presentes en el
cuero cabelludo apuntaba
a recuperar datos directos
del funcionamiento de
El proyecto: Ampliando vías
de interacción
las redes neuronales
para identificar y tipificar
patologías mentales.
Emotiv Epoc en uso.
Contexto: Interfaces
cerebro máquina fuera del
laboratorio
La idea de comunicar cerebro
y máquina directamente no es
nueva, ni tampoco los esfuerzos
realizados para lograrlo.
Desde principios del siglo XX la
idea de estudiar los cambios de
potencial eléctrico presentes en
el cuero cabelludo apuntaba a recuperar datos directos del funcionamiento de las redes neuronales
para identificar y tipificar patologías mentales. El procedimiento
tuvo un lento pero sostenido desarrollo hasta verse masificado con
el uso del electroencefalograma.
Hoy por primera vez podemos
encontrar fuera del laboratorio
160 DISEÑA EMERGENTES
REVISTA DISEÑA 3 IMPRENTA.indd 160-161
médico o experimental de alto
presupuesto dispositivos similares a los usados clínicamente; sin
embargo, la conectividad apunta a
los computadores personales. Esto
permite recuperar datos y usarlos
en tiempo real, a diferencia de los
electroencefalogramas (EEG)1 tradicionales que se imprimen en papel para su posterior análisis.
Interfaces cerebro-máquina
(brain-machine interface o BMI)2
como Emotiv Epoc3 fabricado por
Emotiv Systems4, apuntan fundamentalmente a recuperar datos y
usarlos para detectar repeticiones de patrones. Hablamos de un
sistema tipo gatillo, en que luego
de grabar un patrón correspondiente a un pensamiento el soft-
ware permite seguir comparando
contantemente para buscar la
nueva aparición de dicho patrón.
En otras palabras, es equivalente
a grabar la información detectada por los sensores de un EEG y
luego seguir comparando para
buscar la coincidencia, lo que
se traduce en pensar en algo,
grabar dicho patrón, definir una
acción en el software para cuando se repita, y permitir que la
máquina continúe comparando
hasta que aparezca nuevamente,
o sea, hasta volver a pensar en lo
mismo. El resultado es lograr enviar una orden al computador al
pensar nuevamente en una misma idea ya almacenada.
Las implicancias que esto tiene
para el desarrollo de experiencias son críticas, dado que se propone una vía de interacción antes
no disponible en que datos pasan
directamente desde nuestro cerebro a la máquina.
Si entendemos nuestra interacción con máquinas como flujos de datos hacia y desde éstas,
podemos comprender el uso de
teclados, mouse, joystick, etc., como
vías de ingreso de datos a la máquina; mientras que pantallas,
parlantes, impresiones, etc., corresponden a vías de egreso de
datos desde éstas.
Considerando la evolución
histórica de los dispositivos que
permiten estas interacciones, la
aparición a nivel de usuario de
interfaces BMI es equivalente a la
aparición del mouse, o del display
digital. Corresponde a una ampliación de las vías de interacción, y
esto es relevante al considerar que
no son necesariamente reemplazables unas por otras; disponer por
ejemplo de un mouse no hizo que
se reemplazaran los teclados, sino
que permitió complementarlos.
En el marco del diseño de experiencias propuesto como vía
Emotiv Epoc.
para comprender y proponer una
articulación compleja de factores
de diseño que deberían ser considerados al resolver experiencias
para el usuario, Gillmore y Pine
(2000) indican la necesidad de
ir hacia una conceptualización
relacionada con niveles productivos, hasta llegar al nivel de la
economía de la experiencia en
que el producto es superado por
su puesta en escena y su relación
emocional con el usuario. Partiendo de las bases productivas,
en una escalada ascendente del
valor agregado al producto, se
identifica el uso de una marca,
luego la experiencia de compra
y consumo, y finalmente la consideración emocional que hace el
usuario de la experiencia.
Del mismo modo, Brenda
Laurel (1993) ya indicaba tiempo antes la importancia de tener
presente el trabajo multidisciplinario ante la necesidad de generar experiencias adecuadas para
el usuario. En su trabajo relacionado con el diseño de juegos e
interfaces, el componente teatral
que se genera en la propuesta
de la experiencia fue identificado
como crítico para lograr una óptima adecuación del producto al
usuario, adecuación sólo posible
mediante un trabajo integrado
desde las diversas perspectivas
creativas de profesionales de distintos rubros, desde diseñadores
hasta directores teatrales, pasando por ingenieros y psicólogos.
1 Las células del cerebro
se comunican entre sí
produciendo pequeños
impulsos eléctricos. En un
electroencefalograma o EEG,
esta actividad eléctrica tenue
se mide colocando electrodos
en el cuero cabelludo
(Biblioteca Nacional de
Medicina de Estados Unidos).
2 Un sistema cerebro-máquina
o Brain-Machine Interface
(BMI) es una tecnología
que ofrece la posibilidad
al usuario de controlar
directamente dispositivos
mediante el sistema
nervioso (IEEE International
Conference on Systems, Man,
and Cybernetics).
3 Dispositivo BMI producido
por la compañía Emotiv
Systems.
4 Emotiv es una compañía
que trabaja en el campo
de la neuroingeniería,
que actualmente
comercializa una innovadora
interfaz capaz de recibir
datos en dispositivos
digitales directamente desde
el cerebro.
161
27-09-12 13:49
La investigación permitió poner en uso tecnología
cerebro-máquina en contexto de proyectos de diseño, en
que los tipos de interacción generados son innovadores y
sustentan conceptualmente las aplicaciones.
Es posible visualizar entonces
que los límites profesionales
desde esta perspectiva se vuelven difusos, y que la reflexión
sobre experiencias e interacción
debe recibir tanto de la elaboración teórica como de la actualización técnica. Aún más, la
aparición de nuevas tecnologías
al alcance del usuario como las
Se comprende de este modo el
interés de llevar a cabo investigación y experimentación desde el
punto de vista del diseñador respecto de tecnologías innovadoras. En la medida en que la tecnología BMI varía y amplía las vías
de interacción con las máquinas,
el diseñador posee una nueva
herramienta para complementar
BMI exige un proceso de sondeo
y experimentación que principalmente tendrá un resultado
en la reflexión que los distintos
profesionales hagan al respecto.
Posterior a esta reflexión y diálogo, la propuesta de aplicaciones permitirá llevar productos
y servicios, y por lo tanto experiencias adecuadas al usuario.
desde el punto de vista del diseño
de experiencias la oferta de interacción para el usuario. La comprensión de su funcionamiento y
uso desde el diseño y del trabajo
proyectual implicado es un primer paso para poder acceder a
aprovechar las particularidades
que potencialmente genera este
avance técnico.
Proceso: La BMI a prueba
realizar movimientos físicos ge-
Fue elegida la BMI Epoc fabricada por Emotiv para la investigación, debido a que provee tanto
detección de patrones cognitivos (funcionamiento tipo gatillo,
pensar en algo y generar una
respuesta en la máquina), como
cuantificaciones aproximadas
de estados emocionales del tipo
Interés/Aburrimiento. Entramos
en una nueva arista relacionada
con la interacción, dado que en
este caso no se genera una orden
consciente en el usuario, sino que
se reciben automáticamente datos
que luego el software procesa y es
capaz de interpretar como estados
emocionales. Lo interesante es que
podemos proyectar su desarrollo
hacia máquinas capaces de reac-
nera una dificultad para replicar
cionar a nuestra emocionalidad.
Epoc es comercializada con
licencia para desarrolladores, es
decir, que se provee la tecnología sin aplicaciones concretas, y
es parte del modelo de negocios
de la empresa el permitir experimentar e investigar las capacidades del hardware, que en este
caso corresponde a un casco con
sensores tipo EEG y un receptor
inalámbrico bluetooth que envía
los datos al software del fabricante capaz de almacenar los
patrones, calibrar y recibir además datos de posición mediante
acelerómetros y de movimientos
musculares faciales, además de
hacer los cálculos para obtener
los datos de emocionalidad.
Durante la primera fase de
pruebas se pudo constatar que la
dificultad que implica enviar una
orden sólo con el pensamiento
radica en que nuestras acciones
conscientes siempre están mediadas por lo corporal. La disociación entre cuerpo y mente que
se provoca al usar una BMI sin
un mismo pensamiento a lo largo
del tiempo. Por ejemplo, pensar
en “mover hacia la derecha” tiene
sentido en relación con nuestro
cuerpo, es nuestra referencia, y
efectuar la acción física no implica poner una intencionalidad en
lo pensado (en la idea de mover),
sino en el gesto, dado que la respuesta es inmediata y no diferenciamos mover un brazo y la idea
de mover un brazo. Solamente
pensar y no necesariamente realizar la acción física dificulta lograr un mismo patrón cerebral a
lo largo del tiempo, dado que no
es la forma como comúnmente
conceptualizamos esa idea; en
la práctica es como si fuéramos
olvidando cómo pensar en lo
mismo al pasar el tiempo. Experimentos demostraron que para
algunas personas acompañar el
pensamiento con una acción corporal de guía aporta a lograr el
resultado esperado en términos
de consistencia.
Durante una segunda fase fue
posible detectar que individuos
habituados al ámbito digital lograban un mejor desempeño de
la interfaz, probablemente gracias a que están más familiarizados con interfaces no tradicionales en la idea y en la práctica, y
que individuos con entrenamiento
en meditación presentaban aún
mayor facilidad al trabajar con
ella, cansándose menos y logrando mejores marcas, lo que parece adjudicable al entrenamiento
mental previo.
Sobre la base de las pruebas
realizadas se definió realizar dos
aplicaciones-experimento para
Producto: Dos aplicaciones,
Emo-Conector y
Emo-Selector
Emo-Conector
Considerando la capacidad de
Epoc para trabajar como gatillo,
se propuso la implementación de
un sistema de conectividad que
permitiera aprovechar la detección cognitiva, el posicionamiento
mediante acelerómetros, la detección de movimientos musculares
faciales, y la posibilidad de portar
datos y generar acciones hacia
otros programas, y en última instancia hacia el mundo físico.
Estas capacidades se revelan
de gran utilidad en el caso de
usuarios con movilidad reducida, específicamente en tipos de
parálisis total o parcial de brazos
y piernas, en que el uso de un
teclado corriente o mouse sería
difícil o imposible.
Gracias a los múltiples módulos que reúne el software y el
hardware propuesto, las variantes consideradas por separado o
en combinación son: dificultad de
movimiento de las extremidades
para el control de computadores,
dificultades de vocalización, dificultad de desplazamiento para
la operación de dispositivos eléctricos caseros. La idea era trabajarlos como unidades modulares
complementarias.
Se generó un prototipo software en Flash de un teclado en
pantalla capaz de recibir los
datos de Epoc, permitiendo el
uso de ligeros movimientos de
cabeza para controlar el mouse
y generar clics mediante movimientos de mandíbula u ojos. El
texto escrito de esta forma puede
ser leído en voz alta mediante la
síntesis de voz del computador o
copiado para ser llevado a otra
ventana, mientras que se reservó
la detección cognitiva para asignar la activación de tres tomas de
corriente en un módulo hardware
tipo alargador conectado por
USB al computador. Mediante
éste es posible enchufar diversos
aparatos eléctricos caseros, por
ejemplo una lámpara o un interruptor para abrir una puerta.
El prototipo de dicho alargador fue realizado reutilizando
una placa USB proveniente de
un teclado para computador
común, y puenteando mediante
relés5 los diodos led de estado de
Bloque Mayúscula, Bloque Numérico y Bloque Desplegar. Gracias a esta reutilización se pudo
generar un prototipo de bajísimo
costo con funcionalidad similar a
dispositivos por lo menos cuatro
veces más caros. De este modo el
flujo de datos va desde el pensamiento del usuario al software
en el computador, y finalmente
a nuestro mundo análogo de
nuevo. Basta pensar en “lámpara” para generar la acción que la
prenderá o apagará.
Emo-Selector
De acuerdo con la capacidad
de Epoc para interpretar estados
emocionales, se propuso el desarrollo de un software capaz de
modificar la visualización de una
pieza audiovisual en tiempo real
según la respuesta del usuario.
En el marco de la creciente
personalización de contenidos
multimedia, por lo general la
personalización estriba en la selección de los contenidos de in-
Emo-Conector, módulo software.
terés, pero no en la modificación
interna de los mismos. Por ejemplo, podemos elegir qué películas
ver, pero no cambiar su edición,
que es la idea de Emo-Selector.
El software se prototipó en el
entorno de programación visual
MAX/MSP6, capaz de recibir el
dato emocional detectado por
Epoc y procesarlo. El software
dispone de un panel de configuración para la BMI para definir
qué dato numérico de emocionalidad se quiere utilizar (en el caso
de Emotiv: interés, frustración,
etc.), luego un panel que configura la serie de clips por reproducir
(estructura de árbol de decisiones), luego un panel para reproducir simultáneamente una pista
de audio si es necesario, y finalmente controles de reproducción.
Para el experimento se montó
un videoclip con dos situaciones
distintas en cada segmento de
video; luego de reproducirlo, el
software evalúa en qué mitad el
usuario presentó mayor interés y
el programa toma la decisión de
cuál debería ser el siguiente y lo
reproduce automáticamente. Con
un adecuado trabajo de guión
la estructura arborescente de la
toma de decisiones es capaz de
guiar líneas argumentales que
serán seleccionadas y alternadas
en tiempo real según la emocionalidad del usuario.
REVISTA DISEÑA 3 IMPRENTA.indd 162-163
Conclusiones
La investigación permitió poner en uso tecnología cerebromáquina en contexto de proyectos de diseño, en que los tipos
de interacción generados son
innovadores y sustentan conceptualmente las aplicaciones.
Probablemente la conclusión
más importante tenga que ver
con las dificultades ergonómicas del uso de esta tecnología a
nivel cognitivo. Es necesario que
el intercambio de experiencias,
por lo mismo, sea multidisciplinario, para complementar desde la ingeniería y la psicología.
Desde el punto de vista del diseño, la participación y comprensión de una innovación técnica
aún en desarrollo se revela como
un interesante campo laboral a
explorar y validar profesionalmente. Finalmente, el aporte del
diseñador para proponer experiencias mediante esta tecnología
es de alta relevancia, pudiéndose
ampliar tanto hacia el desarrollo
teórico como práctico.
DNA
Bibliografía
Norman, D. (2005). El diseño
emocional. Barcelona, Paidós.
279 p.
McLuhan, M. (1994).
Understanding Media. MIT Press.
392 p.
Laurel, B. (1993). Computers as
theatre. Addison-Wesley Pub.
Co. 227 p.
Le, Tan. Mind Control Device
Demo Emotiv [WEB]. 12 de mayo
2010. <http://www.youtube.com/
watch?v=40L3SGmcPDQ >
poner en uso las principales capacidades de la tecnología: detección
cognitiva y detección emocional.
5 Dispositivo que intercalado en un circuito produce determinadas
modificaciones en el mismo o en otro conectado con él (Wordreference.
com). En particular en esta aplicación es usado para aislar el circuito
de 220 voltios que alimenta el alargador, de la señal USB enviada por
el computador, permitiendo funcionar como interruptor sin riesgo de
electrocución.
6 Max/Msp es un entorno de programación gráfica interactiva para la
producción de aplicaciones multimedia (Cycling ’74).
162 DISEÑA EMERGENTES
Emo-Conector, módulo hardware.
Le, Tan. Mind Control Device
Demo Emotiv [WEB]. 12 de mayo
2010. <http://www.youtube.com/
watch?v=PH9N2-mLXzg >
Pine, J. y Gilmore, J. (2000).
La economía de la experiencia.
Barcelona, Granica. 431 p.
Stolfi, D. (2010).
Proyecto COMVET. Universidad
de Málaga. 130 p.
163
27-09-12 13:49