W ramach misji IGNIS zdalnie zbadają skupienie astronautów

Grzegorz Jasiński: To nie jest Państwa pierwsza misja kosmiczna. Przygotowujecie Państwo eksperyment do powrotu na orbitę polskiego astronauty, ale sami już na orbicie byliście?

Wojciech Broniatowski: Nie osobiście. Ale faktycznie jest to trzeci raz, kiedy nasze urządzenie do badania aktywności mózgu będzie działało w mikrograwitacji na niskiej orbicie.

To proszę powiedzieć o tych wcześniejszych misjach.

Pierwszy raz udało nam się wysłać nasze urządzenie w kosmos w 2023 roku w ramach misji Ax-2, która była organizowana przez Amerykanów we współpracy z Arabią Saudyjską. Drugi raz udało nam się to zrobić w styczniu 2024 roku we współpracy ze szwedzką stroną, ze szwedzkimi badaczami. Teraz współpracujemy oczywiście z polskim astronautą, ale też z astronautą indyjskim przy misji Ax4, którą za chwilkę - mam nadzieję - będziemy oglądali. I dla nas jest to taka ciekawa droga, bo w tej pierwszej misji byliśmy jedynie dostawcą sprzętu i od tego czasu przez te dwa lata doszliśmy do poziomu, gdzie mamy własny eksperyment, który mogliśmy dowolnie zaprojektować, astronautów, którzy go wykonają według naszych instrukcji i będziemy wreszcie też pełnym właścicielem danych z tego eksperymentu, żeby móc z nimi swobodnie pracować.

To porozmawiajmy o tym eksperymencie. Marzenie o tym, żeby "ręce wykonały to, co pomyśli głowa", nie jest nam obce i jest w istotnym stopniu częścią naszego człowieczeństwa. A mówiąc poważnie, myśl o tym, by podsłuchiwać mózg i na przykład osobom niepełnosprawnym umożliwić działanie zgodnie z tym, co mózg pomyśli, to jest też marzenie lekarzy, terapeutów. Najbogatszy człowiek świata też założył firmę, która się tym zajmuje. Jaki jest Państwa pomysł?

Myślę, że na początek, pomimo tego wielkiego entuzjazmu związanego z misją i powrotem Polaka w przestrzeń kosmiczną, chciałbym może trochę ostudzić właśnie ten entuzjazm i rozwiać pewne mity. Bo nasz eksperyment faktycznie, mówiąc potocznie, polega na sterowaniu komputerem za pomocą myśli, bez użycia rąk. Natomiast od strony naukowej interfejsy mózg-komputer, czyli takie rozwiązania, które odczytują aktywność mózgu i przekładają, tłumaczą ją na jakąś reakcję komputera czy jakiegoś oprogramowania, to nie jest nowość, to nie jest nasz wymysł. To już od kilkunastu lat, tak naprawdę, od kilkudziesięciu lat nawet ma miejsce w nauce. Czasami o tym słyszymy, bo są bardziej spektakularne sytuacje, gdzie ktoś niepełnosprawny, ktoś sparaliżowany zaczyna sterować wózkiem inwalidzkim, czy zaczyna komunikować się ze światem wyłącznie przez aktywność mózgową. Natomiast to, co jest nowe w tej misji i w naszym eksperymencie, to że po pierwsze my używamy sprzętu, który jest w pełni nieinwazyjny. To jest też różnica wobec tego przykładu, który pan podał, Elona Muska i Neuralinku, który wszczepia w mózg jakiś element urządzenia. Nasze rozwiązanie jest nieinwazyjne i będzie pierwszym w historii ludzkości przykładem wykorzystania go w kosmosie. Za chwilę mogę jeszcze dodać, dlaczego to ma takie znaczenie. Natomiast w dużym uproszczeniu astronauta na orbicie będzie na przemian się skupiał i relaksował. Czyli możemy powiedzieć, że jego mózg będzie przechodził ze stanu dużego skupienia do odpoczynku. Jakbyśmy to przełożyli sobie na wczesne komputery, to możemy powiedzieć, że będziemy przechodzili od zera do jedynki. Dlatego będziemy mówili, że to jest dwustanowy interfejs mózg-komputer. Oprogramowanie, które stworzyliśmy, ma za zadanie rozpoznać, w którym stanie jest astronauta i na tej podstawie poprawnie to zakwalifikować. Czyli inaczej mówiąc, astronauta się skupi, nie będzie używał rąk, a komputer będzie wiedział, że on się skupił. I w naszym eksperymencie w zasadzie na tym się to kończy, bo my chcemy tylko potwierdzić działanie tej technologii, której używamy. Natomiast w przyszłości można by pomyśleć o tym, żeby była dalsza akcja, to znaczy, żeby tę reakcję komputera przetłumaczyć teraz na jakąś akcję związaną z konkretnym zadaniem. Może nie gaszenie światła, albo odpalanie silników rakiety, ale myślę, że to jest do rozbudowania.

I jak ten komputer dowie się o tym, co dzieje się w mózgu astronauty? Wspomniał Pan o tym - to jest niezwykle ważne - że to jest nieinwazyjne. Jak rozumiem, będzie ktoś musiał mieć coś nałożone na głowę.

Zgadza się. Póki co komputery same nie myślą, więc nie powiedzą nam, żebyśmy się domyślili czegoś. Natomiast astronauta na głowę zakłada urządzenie, które się nazywa spektroskopem bliskiej podczerwieni. To jest taki czepek z czujnikami, które świecą światłem podczerwonym i które sprawdzają, ile jest tlenu w krwi, która przepływa przez mózg. Jeżeli jakiś obszar mózgu ma tego tlenu więcej, bo go więcej potrzebuje, to znaczy, że jest aktywniejszy. I w ten sposób potrafimy, czy komputer jest w stanie odczytać, zmiany tego natlenowania krwi w różnych miejscach. W zasadzie tam, gdzie przyłożymy nasze czujniki. W ten sposób będzie widział, że ta aktywność się zmienia.

Jak rozumiem, to nie jest badanie powierzchniowe. To nie jest badanie powierzchni skóry głowy, tylko to jest badanie trójwymiarowe, które ma jakby zajrzeć w głąb.

Zgadza się. Tutaj mierzymy to, co się dzieje około dwóch centymetrów w głąb czaszki. Właśnie za pośrednictwem bardzo łagodnego światła, które przenika naszą tkankę. Można sobie to zwizualizować, przykładając dłoń do żarówki, tylko nie za blisko, zobaczymy wtedy taką czerwoną poświatę. To znaczy, że też światło tej żarówki przenika naszą tkankę. Podobnie jest u nas, tylko troszkę inne są parametry techniczne.

Jak ten eksperyment będzie przebiegał na orbicie? Ile czasu zajmie? Bo to jest jeden z parametrów, o których mówimy. Wiadomo, czas misji jest ograniczony. Pan już wspomniał o tym, że dwóch astronautów będzie brało udział w tym eksperymencie. Ile czasu im to zajmie?

Sam eksperyment się składa z trzech kroków. To znaczy, mamy pomiar na Ziemi, pomiar na orbicie i pomiar z powrotem. Nasz eksperyment ma dwa cele. O pierwszym już powiedziałem: ze sterowaniem i rozpoznawaniem stanu aktywności mózgowej przez komputer. A drugi cel to jest sprawdzenie w ogóle, czy nasza technologia, spektroskopia bliskiej podczerwieni, nadaje się do pomiarów w kosmosie. Ponieważ ona bazuje na przepływie krwi, na hemodynamice, to w mikrograwitacji może to różnie wyglądać. Dlatego robimy pomiary na Ziemi i w kosmosie, żeby móc te wartości porównać i zobaczyć czy skuteczność tej komunikacji jest taka sama, albo w każdym razie wystarczająco dobra. Wydaje mi się, że eksperyment będzie trwał około 20-30 minut i astronauta przez ten czas najpierw skalibruje urządzenie pod siebie - to będzie powiedzmy połowa czasu - a w drugiej części eksperymentu będzie już sterował tym interfejsem, tak jak to wspomnieliśmy. Będzie wykonywał tak naprawdę dwie czynności, będzie mnożył liczby dwucyfrowe - i to będzie już wymagającym zadaniem, które wprowadzi go w intensywne skupienie - na przemian z odpoczynkiem.

Czy sesje, takie 20-minutowe, będą powtarzane w trakcie tych dwóch tygodni lotu?

Tak, planujemy kilka pomiarów na orbicie, żeby zmniejszyć ryzyko jakiejś anomalii.

Poza tym, no, wiadomo też, że przebywanie na orbicie nieco wpływa na organizm astronauty. Czy spodziewacie się Państwo, że po pierwszych dniach eksperyment może trochę inaczej wyglądać niż po, powiedzmy, 10 dniach? Czy powinien być na to odporny?

I tu przychodzi nam z pomocą doświadczenie z poprzednich misji. Wiemy, że żadne eksperymenty nie są wykonywane na początku po przylocie. Bodajże 2 czy 3 dni i tak muszą minąć, żeby astronauta się zaaklimatyzował na stacji kosmicznej. Generalnie nie powinny wystąpić już po tym czasie jakieś istotne zmiany. Zdarza się, że ze względów pogodowych astronauci na przykład nie mogą wrócić na Ziemię i wówczas misja się wydłuża. Tak było na przykład przy poprzedniej misji.

Tej z udziałem szwedzkiego astronauty.

I tam bodajże 21 dni jednak byli na orbicie, przez co było więcej czasu, żeby dokonać dodatkowych pomiarów.

Wspomniał Pan już o tym, co wynika z tych poprzednich misji, z tych poprzednich testów. Czy jeszcze coś dla Państwa eksperymentu już z tamtych misji wynikło? W oparciu o nie coś zmodyfikowaliście, poprawiliście?

Przy pierwszej misji było dla nas w pewien sposób przełomowe przejście badań bezpieczeństwa we współpracy z NASA. Natomiast druga misja była chyba jeszcze ważniejsza, ponieważ po niej nasze urządzenie zostało już jako permanentne wyposażenie na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej z możliwością wykonywania eksperymentów w przyszłości przez innych astronautów. W tej chwili można powiedzieć, że jesteśmy najbardziej wykorzystywanym produktem na stacji, no może poza jedzeniem. Natomiast poza naszym eksperymentem jest również eksperyment autorstwa Węgrów z udziałem węgierskiego astronauty, który również będzie wykorzystywał nasz spektroskop, ale w połączeniu z wirtualną rzeczywistością. I tam, na zasadzie badania wpływu ruchów i pewnej wyobraźni ruchowej, Węgrzy będą przeprowadzali swój eksperyment w zasadzie niezależnie od nas. Dla nas najważniejsze jest wykonanie tego pierwszego w historii udanego przykładu komunikacji bezmięśniowej w kosmosie oraz potwierdzenie, że ta technologia ma wystarczającą jakość dostarczanych danych, żeby nawiązać i rozbudować ofertę we współpracy z operatorami lotów kosmicznych i umożliwić w przyszłości może komercyjne, a może po prostu częstsze i szerzej dostępne badania aktywności mózgu w kosmosie.

Czy ja dobrze rozumiem, że sprzęt, który jest potrzebny do tego eksperymentu, jest już na orbicie? Czy jeszcze coś Państwo będziecie z tą misją dosyłać? Oczywiście im mniej, tym lepiej, bo każdy kilogram się liczy.

To prawda, masa ładunków wysyłanych była dla nas dużym ograniczeniem w ostatnich miesiącach. Natomiast w tej chwili na orbicie jest jedno nasze urządzenie. My wysyłamy jeszcze dodatkowe, po części, żeby mieć pewność, że to wszystko zadziała i że będziemy mieli scenariusz awaryjny na wypadek jakiś nieprzewidzianych zdarzeń. Natomiast to również zwiększa nam możliwości różnych eksperymentów na orbicie. Każde urządzenie, które wysyłamy, jest już w jakiś sposób skonfigurowane pod konkretne badanie. Głównie chodzi o rozmieszczenie czujników na głowie. Oczywiście można na orbicie je zmienić i to jest duża zaleta. Natomiast trzeba sobie uświadomić, że to jest jak operowanie na elementach wielkości guzika od koszuli na dnie basenu. Więc jeżeli ktoś nie doświadczył mikrograwitacji - a w zasadzie my jej też nie doświadczyliśmy, nie znamy się, więc się wypowiedzmy - i wyobraźmy sobie, że wpadamy do basenu i staramy się na przykład podpisać na kartce na dnie basenu, albo właśnie pozapinać koszulę, czy zawiązać krawat pod wodą. No tam takie może dość oczywiste ruchy nagle okazują się sprawiać jednak trudność. Dlatego ta komunikacja w naszym eksperymencie, która pomija mięśnie, może mieć szczególne zastosowanie właśnie w kosmosie, bo tam to ma sens. Natomiast na Ziemi, mogę też uspokoić gdyby ktoś się bał, że za chwilę będziemy przechodzili w kierunku jakiejś kontroli umysłów, ta komunikacja mózg-komputer jest bardzo wolna. Ona jest bardzo nieefektywna, jeśli byśmy ją porównali do nalewania sobie soku do szklanki na przykład. Generalnie w takich normalnych warunkach będziemy korzystali z innych możliwości komunikacji, w które wyposażyła nas natura.

Proszę mi powiedzieć, jakie dane zbierzecie i w jaki sposób je otrzymacie? Czy one będą przesyłane w trakcie tych eksperymentów na Ziemię? Czy będą zbierane i otrzymacie je potem, jak jakiś element wróci? Czy cokolwiek z tego, co Państwo wysyłacie, faktycznie będzie wracać, czy po prostu zostanie już na orbicie? Jak to będzie?

Tutaj faktycznie okazuje się, że rzeczywistość nie jest taka piękna. To znaczy po wielu miesiącach prac typowo administracyjnych i biurokratycznych dochodzimy wreszcie do tego etapu, kiedy coś zacznie się dziać od strony naukowej. Dane oczywiście będą nam udostępnione w trakcie, a one są obostrzone szeregiem różnych umów o przetwarzaniu danych, o pracy na danych też medycznych. Ogromną zaletą jest to, że mamy dwóch astronautów, bo to nam daje możliwość publikowania danych.

Bo jest lekka anonimizacja?

Natomiast otrzymamy te dane myślę, że w trakcie misji, żeby też od razu mieć podgląd pod ich jakość i ewentualnie wprowadzić jakieś modyfikacje do protokołu, jeśliby były konieczne. Natomiast te dane są w zasadzie stricte naukowe, to znaczy na ich podstawie końcowo dowiemy się, jaka jest skuteczność tej komunikacji, tzn. na skali procentowej, w ilu przypadkach komputer poprawnie rozpoznał działanie astronauty. Liczymy, że po pierwsze to musi być powyżej wyniku przypadkowości, tutaj ze względu na małą próbkę to jest więcej niż 50 proc. Od razu dodam, że naszym celem jest wynik powyżej 80 proc. i z tego co dotychczas próbowaliśmy, z testów naszych wiemy, że jest to jak najbardziej możliwe. Tym bardziej jesteśmy ciekawi wyników na orbicie.

Wspomniał Pan o tym, że to nie jest wstęp do podsłuchiwania naszego mózgu tu na Ziemi, ale do czegoś na Ziemi te badania też mogą się przydać?

Tak. Kosmos jest najbardziej ekstremalnym środowiskiem, jakie potrafimy sobie wyobrazić. I ścisłe wykorzystanie tego eksperymentu też będzie miało zastosowanie raczej w bardzo specjalistycznych sytuacjach na Ziemi, gdzie wymagana jest jakaś forma monitoringu aktywności mózgowej czy może monitoringu czyjegoś skupienia, kogoś, kto jest odizolowany w trudnych warunkach i na przykład będą dla nas cenne informacje o tym, czy on jest w takim stanie skupienia, który umożliwia mu wykonywanie jakichś bardzo odpowiedzialnych akcji. Może to nie jest najlepszy przykład, ale podam go ze względu na jego jednak wizualne walory. Możemy sobie wyobrazić komandosa, na przykład snajpera, który gdzieś leży na misji. Przez wiele godzin nie może się ruszyć. Musi czekać na bardzo krótki moment, kiedy będzie miał oddać strzał, czy jakąś inną akcję wykonać. I często jest tak - myślę, że każdy z nas tego doświadczył, kto czytał książkę i w pewnym momencie się zorientował, że już nie wie, o czym czyta - że pojawia się moment, kiedy znika nam skupienie, jakaś uważność. W przypadku takiego snajpera, ktoś monitorujący go z drugiego końca świata mógłby odpowiednio wcześniej go uprzedzić o tym, że zbliża się taka jego faza rozluźnienia. Znając jego wzór uwagowy, moglibyśmy powiedzieć, że w tej chwili potrzebuje jakoś się stymulować, wykonać jakieś mentalne ćwiczenie, żeby utrzymać to skupienie. Więc o naszym urządzeniu, już nawet nie tyle stricte w kontekście samego eksperymentu, ale w kontekście zastosowań naukowych i poza naukowych na Ziemi możemy mówić przy okazji monitoringu aktywności mózgowej w warunkach mobilnych. I to jest główna zaleta naszego sprzętu, że on jest mobilny, że może robić pomiary poza laboratorium. Drugi obszar, to możemy wykorzystać to jako urządzenie treningowe, żeby osoby, które pracują na co dzień ze skupieniem, osoby, od których uważności wiele zależy, na przykład piloci, operatorzy numeru 112, osoby, które muszą umieć radzić sobie z utrzymaniem skupienia na najwyższym poziomie i też z kontrolą emocjonalną, żeby używać przede wszystkim tego rozsądku, a nie poddawać się jakimś wydarzeniom chwili. W takich zawodach, w takich profesjach, nasze urządzenie może pomóc wytrenować tę osobę do umiejętności przywoływania skupienia na zawołanie i kontrolowania go.

Od razu przychodzi do głowy na przykład zawód kontrolera lotów.

Jest to też ciekawy przykład, bo tam doskonale rozumiana jest potrzeba wypoczęcia i pełnej sprawności uwagowej takich osób. I jest to załatwiane przez, powiedzmy, organizację dnia takich osób. Podział, ile czasu mogą pracować, ile muszą odpoczywać. I te rzeczy da się w ten sposób rozwiązać, ale nie we wszystkich zawodach. Są miejsca, gdzie tego typu urządzenie sprawdziłoby się lepiej. Jest jeszcze trzeci obszar, gdzie w zasadzie możemy myśleć o naszym urządzeniu. I tu już kłania się zbieranie danych i budowanie na przykład modeli danych dla budowania czegoś, co moglibyśmy nazwać wzorcami uwagowymi i uczenia, czy sztucznej inteligencji, czy różnych algorytmów nakierowanych na lepsze podejmowanie decyzji, czy też na optymalizację treningu uwagowego. To już są zastosowania. Może trochę bardziej abstrakcyjne, ale na pewno przyszłościowe.

Trzymamy kciuki! Czy Państwo będziecie w szczególny sposób utrzymywali swoją uwagę przez cały czas lotu, przez te dwa tygodnie? Czy będziecie obserwować lot tu w Polsce, czy w Stanach Zjednoczonych, gdzieś w jakimś centrum kontroli lotu? Jak to będzie?

Nie jesteśmy dużą firmą. Za sukcesem tego projektu stoi kilkanaście osób i wszyscy planujemy się spotkać przynajmniej na moment startu rakiety. Zobaczymy jeszcze, kiedy to dokładnie będzie. Natomiast później dr Dariusz Zapała, który jest kierownikiem naukowym tego eksperymentu, będzie bezpośrednio współpracował z Europejską Agencją Kosmiczną, z NASA i z astronautami, wspomagając ich w trakcie wykonywania eksperymentu.