2020 Nöral Arayüz Pazarı: Girişimciler ve Yatırımcılar Için Bir Kılavuz

Pazar Segmentleri

Nöroteknoloji endüstrisi, farklı fakat tamamlayıcı hedeflere sahip birkaç farklı pazar segmentinden oluşmaktadır. Tarihsel olarak, birincil segmentler şunlardı:

• Araştırmacılar : Sinirbilimciler ve psikologlar
• Hastalar : Ampütasyonu veya sağırlığı olan engelli bireyler

Nöral arayüzler üzerine araştırmalar 1970’lerin ortalarında başlamış ve hastalık tanısında klinik uygulamalar kısa bir süre sonra geliştirilmiştir. Hem araştırmacıları hem de klinisyenleri içeren nörobilimciler ve psikologlar, onlarca yıldır nöroteknolojinin tek kullanıcılarıydı ve halen pazarın önemli bir parçası olmaya devam ediyorlar.

Daha yakın zamanda, donanım yenilikleri (kuru sensörler, artan bilgi işlem gücü) ve yazılım yeniliklerini (makine öğrenimi) içeren ücretsiz teknolojilerdeki yenilikler, ek pazar segmentleri dahil etme olasılığını da açmıştır. Bu segmentler hala ortaya çıkmaktadır ve sınırlar belirsizliğini korur, ancak büyük olasılıkla aşağıdaki grupların ve/veya uygulamaların üst kümelerinden biri olmalıdır:

• Oyuncular: VR oyunları, konsol oyunları, bilgisayar oyunları ve mobil oyunlar için cihazlarda eklenme olasılığı mevcuttur.
• Tüketici Araştırmacıları : Ürünlere, siyasi ifadelere, pazarlama kampanyalarına vb. Tüketici tepkilerini inceleyen pazarlama araştırmacıları. Bu grup, bilimsel araştırmacılardan hedefler, beceriler ve arka plan açısından belirgin bir şekilde farklıdır.
• Engelli Olmayan Yaşlı: Herhangi bir amputasyon veya majör duyu bozukluğu olmayan yaşlı bireylere yardımcı olmak için cihazlar.
• Meditasyon ve Odaklanma : Odak ve zihinsel netliği izlemek ve geliştirmek isteyen bireyler (genellikle genç, formda bireyler).
• Çalışanlar ve İşverenler : Stresi ve iş / eğitim katılımını ölçen ve izleyen cihazlar.

---

Teknolojiye Genel Bakış

Şu anda nöral arayüzleme için çeşitli teknolojiler mevcuttur. Bunlar sinyal kalitesi, invazivlik derecesi ve kullanım alanlarında farklılıklar gösterir. Aşağıdaki liste bunları özetlemektedir.

EEG / EMG (elektroensefalografi / elektromiyografi)

• Non İnvaziv: Cildin yüzeyindeki elektrotlarla çalışır.
• Yüksek zamansal çözünürlük, düşük uzaysal çözünürlük.
• Düşük sinyal-gürültü oranı

ECoG (elektrokortikografi)

• İnvaziv: Beynin dış yüzeyine yerleştirilecek bir sensör tabakası gerektirir
• İntrakortikal nöron okumasından daha az invaziv iken EEG’ye göre sinyal kalitesinde iyileşme mevcuttur.

İntrakortikal Nöron Okuma

• İnvaziv: Beyne küçük iğnelere benzeyen sensörlerin implantasyonunu gerektirir
• En iyi sinyal kalitesi, ancak en invaziv ve skarlaşmaya sebep olur. (Skarlaşma: Dokunun hasar aldıktan sonra fonksiyon kaybeden bölgesinin, iyileşme süreci, örn: Yaralanma, kanama, yara dudaklarının arasının pıhtılaşmış kanla dolması(kabuk tutma), pıhtılaşmış kanın zaman içinde yerini bağ dokusundan oluşan (deri rengine yakın renkte ancak farklı vasıfta) yara izine bırakması döngüsü)

fMRI (fonksiyonel MRI)

• İnvaziv değil, ama taşınabilir de değil.
• Yüksek uzamsal çözünürlük, düşük zamansal çözünürlük

NIRS (yakın kızılötesi spektroskopi)

• EEG ile benzer nitelikler, güçlü ve zayıf yönler

Genel olarak, nöral arayüzler invaziv ve non-invaziv olarak iki kategoriye ayrılabilir. İnvaziv olmayan nöral arayüzler daha güvenli, daha ucuz ve laboratuvar ortamlarının dışında daha kolay uygulanabilir (laboratuvarlarla sınırlı kalan fMRI hariç). Bununla birlikte, bunlar tipik olarak düşük sinyal / gürültü oranlarından muzdariptir. İnvaziv teknolojiler gürültü oranlarına daha yüksek sinyallere sahiptir, ancak çok riskli ve karmaşıktır. Kafatasının açılmasını gerektirir. Bu da işlemi gerçekleştirecek bir Beyin ve Sinir Cerrahının varlığını mecbur kılar.

Günümüzde BCI teknolojisinin önündeki en büyük engel, beyin sinyallerine güvenli, doğru ve sağlam erişim sağlayan bir sensör modalitesinin olmamasıdır: hem invaziv olmayan hem de çok yüksek sinyal-gürültü oranına sahip bir modalite. Buna rağmen, mevcut teknolojileri kullanan çeşitli hedefler ve tutkularla bir dizi firma ortaya çıkmış durumdadır.

---

Mevcut Firmalar

Aşağıda, kamuya açık kaynaklardan derlenen nöroteknoloji firmalarının kapsamlı bir listesini bulabilirsiniz.

Neuralink: https://www.neuralink.com/

• AI ile birleşme

Kernel: https://www.kernel.co/

• AI ile birleşme

OpenBCI: https://openbci.com/

• Araştırma ve projeler için açık kaynaklı donanım

Neurosity: https://neurosity.co/

• EEG tabanlı duygu izleme ve bilgisayar kontrolü

Neurable: http://neurable.com/

• VR ve gaming EEG kafa-seti, pazar araştırması

CTRL-Labs: https://www.ctrl-labs.com/

• Oyun, vb. için el tabanlı EMG kontrol bilekliği

Emotive: http://emotiv.com/

• Araştırma projeleri için meditasyon ve genel amaçlı cihaz

Muse: https://choosemuse.com/

• Meditasyon ve araştırma projeleri

Neurosky: http://neurosky.com/

• Sağlık ölçümlerini izleme

Humm: https://thinkhumm.com/

• Working Memory (Çalışan bellek, beyinin anlık veri işlediği nöro-psikolojik modül) geliştirme

BrainCo: https://www.brainco.tech/

• Eğitim ve odaklanma

BrainRobotics: https://www.brainrobotics.com/

• Protez el. Sahibi BrainCo.

Dreem: https://dreem.com/

• Uyku yardımı

Halo Neuroscience: https://www.haloneuro.com/

• Antrenman performansının iyileştirilmesi

Flow Neuroscience: https://flowneuroscience.com/

• Depresyon Tedavisi

Cognixion: https://www.cognixion.com/

• Engelli bireyler için iletişim

BitBrain: https://www.bitbrain.com/

• Nöroteknoloji projelerinde çalışan ekipler için EEG tabanlı ürünler

Paradromics: https://paradromics.com/

• Yardımcı iletişim cihazı

Meltin MMI: https://www.meltin.jp/

• Eldivenli bir kişi tarafından kontrol edilen uzaktan kumandalı robotik el

Neuros Medical: https://www.neurosmedical.com/

• Elektrostimülasyon ile Ağrı Giderme

Next-Mind: https://www.next-mind.com/

• EEG ile Gaming

BIOS: https://www.bios.health/

• Amputeler ve Yapay Zeka

Neuroscouting: https://www.neuroscouting.com/

• Sporcu Antrenörlüğü/Değerlendirm

NeuroPace: https://www.neuropace.com/

• Nöbet tedavisi

Mindmaze: https://www.mindmaze.com/

• İnme tedavisi

Brain Gate: https://www.braingate.org/

• Engelliler için invaziv robot kol.

Brainmaster: https://www.brainmaster.com/

• Klinik nörogeribildirim ve stimülasyon

Brainno: https://www.indiegogo.com/projects/brainno-smart-wearable-for-brain-training#/

• Eğitim ve stres yönetimi için kulaklık

CoolTool: https://cooltool.com/

• Nöropazarlama ve kullanıcı araştırması

EyeMind: https://www.eyemynd8.com/

• Ne ile uğraştığı belirsiz, Beyin Dalgalarını kuantum bilgisayar yardımıyla işleme?

FocusBand: https://focusband.com/

• Golf ve odak antrenmanı

Neuroon: https://neuroon.com/

• Uyku ve rüya

Aurora: https://sleepwithaurora.com/

• Uyku ve rüya

Kokoon: https://kokoon.io/

• Uyku izleme kulaklıkları

Macrotellect: http://o.macrotellect.com/

• Rahatlatlama ve de-streslenme

Mag and More: https://magandmore.com/en/

• Transkraniyal manyetik stimülasyon

Melomind: https://www.melomind.com/

• EEG ile stres giderici kulaklıklar

Neurowear: http://neurowear.com/news/index.html

• Ruh haline göre hareket eden kuyruklar ve kulaklar

Narbis: https://narbis.com/

• Odağa bağlı olarak renk değiştiren gözlükler

Versus: https://getversus.com/

• Bir takım becerileri öğrenmek için uygulama platformu ve  5 kanallı EEG kulaklık

Yukarıdaki firmaların çoğu EEG bazlı cihazlar/uygulamalar üretmektedir. EEG tabanlı cihazlar, en dinamik ve rekabetçi pazar alanını temsil eder, çünkü invaziv teknolojilere kıyasla daha az hayati risk ve ilk yatırım gerekliliği mevcuttur, dolayısıyla daha kolay bir pazarı ifade eder. Bununla birlikte, bu cihazların hepsi sinyal-gürültü oranında aynı temel sınırlamalardan muzdariptir ve aksine iddialara rağmen, hiçbir firma bu temel sınırlamaların başarıyla üstesinden gelememiştir. Gürültü ve zayıf sinyal kalitesi tüm EEG tabanlı cihazlar için önemli bir sorun olarak göze çarpmaktadır ve birçok deneyde  dikkate değer bir dereceye kadar mümkün olduğu görünen çoklu boyutlu kontrol seviyelerine ulaşmak, gerçek dünya ortamlarında hâla bir sorun olmaya devam etmektedir. Bu nedenle, EEG cihazlarının piyasada bir yeri olmasına rağmen, invaziv olmayan bir EEG tabanlı cihazın her türlü pratik kontrol uygulamasına izin vermek için gereken hassasiyet derecesine ulaşmasının pek olası olmadığını düşünüyoruz.

Bu sınırlamalara rağmen, EEG tabanlı cihazlar sağlık ve araştırma segmentlerince yaygın olarak kullanılmaktadır. Dreem gibi firmalar özel olarak belirli bir sağlık veya sağlıklı yaşam amacı için (uyku, meditasyon) cihazlar pazarlar. EEG cihazlarının, bu faaliyetlerle ilgilenen tüketicilere bazı yararlı metrikler sağladığı görülmektedir, ancak tüketicilerin bu metrikler için ne kadar ödeme yapmaya istekli oldukları bilinmemektedir. Sinirbilim araştırmaları EEG cihazlarının önemli bir rol oynamaya devam ettiği bir diğer alandır. Özellikle laboratuvar ortamlarının dışında yapılan çalışmalarda laboratuvar sınıfı ekipmanlara alternatifler olarak küresel araştırma topluluğundan OpenBCI, Muse ve eMotiv gibi üreticilerin cihazlarına yönelik talep giderek artmaktadır. Özellikle OpenBCI, biyo-hacker ve DIY topluluklarında çok büyük bir takipçi kitlesine sahiptir.

EEG sinyallerinin aksine, EMG sinyallerinin algılanması ve analiz edilmesi çok daha kolaydır. Bundan yararlanan firmalardan biri eski CTRL-Labstır (şimdi Facebook Gerçeklik Laboratuvarları’nın bir parçası). EEG tabanlı cihazlar geliştiren diğer invaziv olmayan firmaların çoğunun aksine, CTRL-Labs EMG tabanlı bir kontrol bilekliği inşa etmektedir. EMG sinyallerinin, beyin sinyallerinin yaptığı gibi kalın bir kemik tabakasından geçmek zorunda kalmamaları nedeniyle, minimal parazitle elde edilmesi çok daha kolaydır. Bu, koldaki sinir sinyallerinin yardımıyla kontrol sağlar ve cihazın kullanıcıları EEG tabanlı cihazların kullanıcılarına kıyasla çok daha yüksek derecelerde kontrol kabiliyetine ulaşabilir. CTRL-Labs, tek bir kas hareket ettirmeden bilgisayar oyunları oynamak için “altıncı” bir parmağın eklenmesi de dahil olmak üzere teknolojilerini birçok heyecan verici uygulamada başarıyla test etmiştir.

İnvaziv teknolojiler endüstrinin daha küçük bir alanını oluşturur, ancak sonuç olarak daha büyük olasılıklar ve daha uzun vadeli hedefleri işaret ederek, daha iddialı olan teknolojileri temsil etmektedir. En iddialı firmalar, yapay zeka ile gerçek bir birleşmeyi açıkça iddia eden Neuralink ve Kernel’dir. Neuralink özellikle beyinde yerleşik 10.000’e kadar kanala sahip invaziv bir arayüz peşindedir. Böyle bir cihazın, 16, 32 ve 64 kanallı konvansiyonel EEG incemelerine göre çok daha farklı inceleme gerekliliklerine sahip olacağı açıktır. Avustralya ve ABD hükümetlerinin yatırımlarıyla desteklenen başka bir istilacı teknoloji firması olan Synchron da, her ne kadar Neuralink’e göre çok daha az kanal sayısı hedeflese de, invaziv bir çözüm peşindedir. Hem Synchron hem de Neuralink, kendilerini ve üretmekte oldukları invaziv arayüzlerini beyne nasıl implante edildiklerine göre ayırt eder: Syncron Kateter bazlı bir çözümü hedeflerken, Neuralink laisic-benzeri bir robo-cerrahi yöntem üzerine çalışmaktadır.

Az sayıda firma (Humm ve Halo Sinirbilimi) sinyalleri okumakla değil, beyni uyarmakla ilgileniyor gibi görünmektedir. Her ne kadar bu cihazların tam etkinliği laboratuvar ortamlarında değerlendirilmeye devam etse de, erken sonuçlar umut vericidir ve potansiyel pazar büyüklüğü inanılmaz derecede geniş olabilir. Eğer bu firmalar veya rakipleri kullanıcılarına bilişsel güçlerini artırmaları için güvenli ve uygun fiyatlı yöntemler sağlıyorsa, çevrelerindekiler öğrenme ve düşünme becerilerinde önemli kazanımlar elde ederken, insanların geride kalmaktan korktukları için bu  teknolojileri neredeyse evrensel olarak benimsemeleri olasıdır.

---

Bilinen Belirsizlikler

Sektördeki belirsizlikleri tespit etmeyi amaçlayan bir dizi sorunun çözümüne halen devam edilmektedir:

1. EEG/ EMG teknolojisi, genel halkın pratik olarak kullanabileceği ve önemli faydalar alabileceği bir cihaz olan bir “killer app” üretmek için yeterli olacak mı? Tıpkı tansiyon bileklikleri gibi, o da neredeyse her komşuda bulunan bir ürüne dönüşebilecek mi?
2. Öyle ise(1), o zaman bu teknolojinin en umut verici uygulamaları hangileridir ve hedef nüfus segmentinde kimler yer alır?
3. Değilse (1), o zaman hangi diğer teknolojik yollar ile ilk gerçekten kullanılabilir nöral arayüzler üretilebilecektir? Bu yollar invaziv mi yoksa noninvaziv mi olacak?
4. (1), (2) ve (3) cevapları ne olursa olsun sektöre değer katacak teknolojik çözümler ve gelişmeler var mıdır?

Bu araştırmaya ve üniversite hocaları yapılan konuşmalara ve endüstrideki mühendislere ve teknikerlere dayanarak:

1. Mevcut EEG teknolojisi beyin durumu izlemedeki uygulamalar (meditasyon, uyku) için yeterli olabilir ancak görev yürütme için uygun olmayabilir. Ancak, EMG görev yürütme konusunda yeterli bir olasılık gibi görünmektedir. Daha önce bahsedilen diğer non-invaziv teknolojiler son kullanıcı pazarına ulaşmak için EEG / EMG kadar umut verici görünmemektedir. Ancak sağlık uygulamaları pazarındaki kullanımları dikkat çekici imkanlara ve devrim yapabilecek kapasiteye sahip olduğu görülmektedir.
2. EEG halihazırda kimi ülkelerde genel halk tarafından beyin durumunun izlenmesi için kullanılmakta, ancak faydaların kapsamı ölçülmeye ve test edilmeye devam etmektedir. EMG’nin VR, AR ve oyun alanında hızlıca uygulanabilecek pratik uygulamaları var gibi görünmektedir.
3. İnsanların mevcut kontrol modlarını değiştirmelerine izin veren “gerçekten kullanılabilir” sinir arayüzlerinin mevcut teknoloji kullanılarak sağlanabileceğine inanıyoruz. Özellikle EMG’nin bunu başarmak için en güçlü araç olduğuna inanıyoruz. Beyin ile ilgili olarak, beyin durumu izleme cihazlarının sadece mevcut EEG teknolojisi kullanılarak geniş çapta benimsenmesi mümkün gözükmektedir. Bununla birlikte, beyin temelli sinir arayüzlerinin daha iddialı hedeflerinin gerçekleştirilmesi, güvenli, daha güçlü invaziv arayüzler geliştirmek için malzeme bilimi ve biyomedikal mühendisliğinde önemli ilerlemeler gerektirecektir.
4. Sinyal işleme, matematiksel ve hesaplamalı nörobilim, malzeme bilimi ve yapay zeka, sonuçta hangi yolun gerçekleştiğine bakılmaksızın sinirsel arayüz gelişimi için gelecekteki önemli araçlar olarak göze çarpmaktadır.

---

Özet

Teknolojide elde edilebilecek sinyallerin kalitesini ciddi şekilde sınırlayan temel sınırlamalar nedeniyle EEG tabanlı sinirsel arayüzü bazlı robotik kontrol uygulamaları için yatırım yapılması ve daha fazla takip edilmesi önerilmez. Bunlar, teknolojide sinyal kalitesine üst sınır oluşturan ve ek yazılım çözümleri veya araçları ile basitçe üstesinden gelinemeyecek fiziksel sınırlamalardır. Var olan EEG tabanlı arayüzlerin hepsi robotik kontrolde ciddi şekilde sınırlıdır ve aynı sorunlarla karşı karşıyadır. 120 elektrota kadar olan araştırma sınıfı EEG setleri bile kamu için kabul edilebilir ve pratik sonuçlar elde edememiştir.

Bununla birlikte, EEG’nin beyin durumu izleme gibi robotik kontrol dışı faaliyetlerde uygulamaları vardır. Pratik kullanımlar arasında pazar araştırması çalışmaları gibi gözlemsel kullanımlar ve odak, farkındalık ve uyku iyileştirme gibi sağlıklı yaşam alanları yer alır. Bununla birlikte, EEG cihazı üretmek isteyen ek firmalar için yer sınırlı olabilir, çünkü bu alanlar, çok sayıda oyuncuya sahip son derece rekabetçi pazarlardır.  Oysa, modifiye edilebilir ve amaca uygun hale getirilebilir, son kullanıcıya yönelik EEG analiz programları pazarı, cihaz pazarının aksine, oldukça zayıftır ve genellikle, yalnızca belli bir kafa-setinde kullanılabilen bilgisayar programlarını içerirler.

EMG tabanlı arayüzler kontrol altındaki uygulamalar için daha fazla araştırılmalıdır. EMG, EEG ile aynı temel prensiplere dayanmakla birlikte, sinyallerin kaynağı (periferik sinir sistemi, örn. kollar ve bacaklardaki sinirler) cildin yüzeyine çok daha yakın olduğu için aynı sınırlamalarla karşılaşmaz. Uygulamalar, diğer şeylerin yanı sıra oyun kontrolünü de içerebilir.

Sonuç olarak, sağlıklı yaşam ve araştırma amaçları için beyin durumlarının tanınması ve ölçülmesi sürecini düzene sokmayı amaçlayan EEG tabanlı cihazlarda sürekli bir gelişim ve yenilik beklenebilir. Bununla birlikte, beyin ve merkezi sinir sisteminden gelen sinyallerle kontrol edilen sinirsel arayüzler kapalı bir yoldur ve muhtemelen Neuralink ve Synchron’un gelişmekte olduğu çizgiler boyunca invaziv araçlar gerektirecektir. Periferik sinir sistemi EMG ile cihazları kontrol etmek ve oyun oynarken, iletişim kurarken, cihazları kontrol ederken ve kullanıcı arayüzlerine göz atarken teknolojiyle nasıl etkileşim kurduğumuzu değiştirmek için daha fazla keşfedilmemiş imkan sunmaktadır.

---

Öneriler

EEG cihaz pazarı, sağlıklı yaşam, uyku, odak yardımı ve genel amaçlı kranial kontrol cihazlarında uygulamaları takip eden iyi finanse edilen şirketlerle aşırı derecede doymuştur. Cihaz sektöründe, son 3 yılda olduğu gibi, öncelikle iyileştirmeler şeklinde sürekli inovasyon bekleyebiliriz, ancak ileriye doğru büyük sıçramaların EEG sinyal kalitesindeki temel fiziksel sınırlamalar nedeniyle olması muhtemel değildir. Öte yandan, bu sinyal gelişiminde mükemmelliğe yakınlaşmış olan pazarda, artık uygulama geliştirmenin tabana yayılma ve demokratizasyon sürecinin de yaklaştığını işaret etmektedir.

EMG tabanlı arayüzler araştırma ve keşif için ümit verici bir yoldur ve birçok uygulama kolayca mümkün olabilir. Kumaşa gömülebilecek CTRL-Labs cihaz türünün daha düşük profilli bir versiyonu olası bir seçenektir. Böyle bir kontrol sisteminin, VR oyunları için karmaşık bir kontrolör yapmayı amaçlayan CTRL-Labs kadar yetenekli olması gerekmez ve bunun yerine temel işler için daha basit kontrol sağlayabilir ve bu nedenle daha küçük ve daha düz olabilir. Her iki teknoloji, için engelli olmayan yaşlılar gibi diğer demografik haritalara da özel olarak yardımcı cihazlar geliştirmek amacıyla uyarlanabilir.

İnvaziv teknolojiler çok umut vericidir, ancak bu alandaki herhangi bir girişim, bilim insanı ve beyin cerrahı ekipleri tarafından gerçekleştirilecek, çok yıllı nörobilim araştırmaları ve ardından FDA, EMA ve Sağlık Bakanlığı gibi düzenleyici yapıların izlediği ve onayladığı deneyler gerektirmektedir. Bununla birlikte, olası bir seçenek, invaziv teknolojiler geliştiren diğer ekipleri destekleyen teknolojiler geliştirmek olabilir. Bu, computational neuroscience veya sinyal işleme araç kitlerini içerebilir, ancak pazarlanabilir olabilmek için mevcut açık kaynaklı alternatiflerine göre kullanımı kolay, sonuçları daha iyi ve hızlıca adapte edilebilir olması gerekmektedir.