Biomeetrilistest tehnoloogiatest ja ruumielamuste kalkuleerimisest – kas inimese ja masina vahelise suhtluse täiustamine võib tundmatuseni muuta ruumikogemust?
1965. aastal kirjutas Ameerika helilooja Alvin Lucier teose „Muusika sooloartistile“. Selle esmaettekandel istus Lucier üksi Rose Art Museumi laval ning tema ümber paigutatud löökpillid mängisid publikule tema ajulainete alfasageduse signaale. See toimus automatiseeritult ja reaalajas ning seejuures rakendati esmakordselt tehnoloogiat, mis sai hiljem nimeks aju-arvuti liides1. Möödunud 55 aasta jooksul, mil Lucier on heliteost ka korduvalt taasesitanud, on saanud ajusignaalide mõjul seadmetele käskluste andmisest üha argisem praktika nii meditsiini ja robootika vallas kui ka mängude ja kasutajaliideste kujundamisel. Siin artiklis vaatlen selle tehnoloogia rakendusvõimalusi arhitektuuris ja analüüsin selle potsentsiaali kasutajakogemuse täiustamisel.
Aju-arvuti liideste kasutuspotentsiaal targas ruumis
Iga päev puutume üha enam kokku interaktiivsete ruumilahendustega, mille puhul mõõdetakse sensoritega ruumis toimuvaid muutusi ja käivitatakse andmetöötluse tulemusel kindla muutuse peale vastav toiming. Enamasti on selleks muutuseks kasutaja liikumine ruumis. Tehniliselt võib elektroonilise käskluse vallandada mis tahes andmeliselt defineeritav suurus2 – nii ka muutus kasutaja närvisüsteemi bioelektrilises aktiivsuses. Asjade internet täieneb iga päev uute objektidega ning aju-arvuti liidesed võimaldavad hakata nende objektidega üha vahetumalt ning tähenduslikumalt suhtlema. Lisaks nupuvajutusele ja sensori ette astumisele saame hakata targas ruumis opereerima ajusignaalide mõjul. Taolised tehnoloogiad on motoorsete kõrvalekalletega inimeste seas juba mõnda aega kasutust leidnud – näiteks on võimalik mõtte jõul kohandada kodutehnikat ja valgustuslahendusi.3 Kui sellised tehnoloogiad edasi arenevad, saab peagi käivitada interkatiivseid ruumilahendusi vastavalt kasutaja enestundele.
Üldiselt kasutatakse ajusignaalide mõõtmiseks aju-arvuti liideste puhul elektroentsefalograafi (EEG)4. See on neuroloogiline seade, mis loeb inimese peanahale kinnitatud elektroodidega ajukoore bioelektrilist aktiivsust. Argitoimingute tegemist võimaldavatel EEG seadmetel on lihtsama paigaldatavuse huvides vähem elektroode, aga ka nende täpsus on selle võrra väiksem. Targale kodule juhtimiskäskluste andmisel on nende puhul tuvastatud u 80% täpsusaste5 .Terve inimese jaoks neil sellisel kujul erilist kasutuseelist ei ole, füüsilise puudega inimesel võimaldavad need aga igapäevaste toimingutega ühtäkki iseseisvalt toime tulla. Raskete puuete ja halvatuse puhul kasutatavate seadmetega saab tänu suuremale hulgale elektroodidele6 vahendada ka keerukamaid käsklusi ning juhtida näiteks neuroproteese ja kõnesüntesaatoreid7. Tavakasutajale mõeldud tarbijaseadmetel8 seda täpsust ei ole.
Täpsusastme tõstmiseks on võimalik kasutada tavaliste elektroodide asemel ülipeeneid nõelelektroode9, mis viiakse täpsema signaali lugemiseks otse ajju. Aasta eest esitles Ameerika ettevõtja ja visionäär Elon Musk aju-arvuti liidese implantaati, mille tehnoloogia põhineb tuhandete selliste elektroodide inimajju paigaldamisel. Neuralingi tehnoloogiat hakatakse plaanikohaselt inimeste peal testima käesoleval aastal. Juba on lubatud, et selle abil saab võimalikuks sooritada mõtte jõul kõiki iPhone’is tehtavaid toiminguid. Kui see tõesti nii on, saame edaspidi targa ruumi elemente kontrollida ajusignaalide mõjul sama kergelt ja dünaamiliselt nagu oleme harjunud käsitsema nutitelefoni. Nutiseadmest reguleeritavad targa ruumi süsteemid ei üllata praegu enam kedagi, niisamuti ka sensoriinfo mõjul sisse-välja lülituvad valgustid või iseavanevad ja -sulguvad uksed. Ehk ei üllata tulevikus ka see, kui need või teised toimingud käivituvad mõtte jõul ning ruumiline keskkond toimib otsekui meeleliselt juhitavate asjade internet.
Inimaju iseloomustab neuroplastilisus ehk võime vastavalt sisendinfo muutumisele ajapikku bioloogiliselt ümber kohaneda ja uusi funktsioone omandada. Tänu sellele on võimalik õppida tähenduslikuks töötlema ka ajuimplantaadi vm seadme abil kunstlikult vahendatud sisendinfot. Neuralingi ambitsioonikam eesmärk ongi liita inimaju tehisintellektiga10 ning arendada inimeses välja tehisintellektiga täiustatud tunnetus. Lisaks üliinimlikule võimele oma ajju näiteks uusi oskusi alla laadida tähendaks see teoorias ka võimalust teiste võrgustatud objektide ja olenditega otseühendusse astuda.11 Elon Musk on lubanud, et kümmekonna aasta jooksul muudab Neuralingi tehnoloogia võimalikuks inimestevahelise telepaatilise suhtluse. Seni avaldatud materjale arvestades tundub see küll etteruttav12 – aju-arvuti liidese entusiastidele on see andnud aga uue lootuse ulmekirjandusest tuttavaid stsenaariume13 veel oma eluajal realiseerumas näha. Ehkki sellistesse lubadustesse tasub suhtuda kriitiliselt, toob Neuralink aju-arvuti liideste seas kahtlemata kaasa seniolematu täpsusastme ja mitmeid uusi interaktsioonivorme. Kuna arendustöö toimub väljaspool akadeemilist ja meditsiinilist keskkonda, saab see ilmselt olema tarbijale ka selle võrra kättesaadavam.
Ruum kui suhtlev agent
Üldiselt antakse aju-arvuti liideste puhul käsklusi teadlike ajusignaalide abil, mille tähendus tuleb eelnevalt liidesele selgeks õpetada. Liides treenitakse vastavat signaali ära tundma ja konkreetseks masinkäskluseks tõlkima. Aju-arvuti liidestega on aga võimalik vahendada ka vaistlikke käsklusi, kasutades toimingu käivitajana mõnd inimese EEG andmetest välja loetavat seisundit. Hea näide sellistest adaptiivsetest lahendustest on arvutimängud, mille puhul suunatakse mängu käiku lähtuvalt kasutaja reaktsioonidest – seda näiteks olukorras, kus mängija aktiivsustase langeb ja ta vajab kerget ergutust. Võrgustunud maailm võimaldab kasutada analoogseid lahendusi ka füüsilises ruumis.
Meeleseisundite tuvastamiseks kasutatakse sagedamini virgus-valentsus-meetodit, mille puhul paigutatakse seisundid positiivsus-negatiivsus (valentsus) ja aktiivsus-passiivsus (virgus) telgedest koosnevasse koordinaatsüsteemi. Iga koordinaatsüsteemi sektor vastab kindlale meeleseisundile14 – positiivse ja aktiivse kattuvusala tähistab vaimustust, negatiivse ja passiivse kattuvusala ängistust jne.15 See võimaldab kirjeldada meeleseisundeid läbi kahe EEG andmete baasil välja arvutatava arvväärtuse. Virguse ja valentsuse väärtused saadakse andmetöötlusprotsessi käigus, mille puhul analüüsitakse otsmikusagara hemisfääride teatud lainesageduste omavahelist suhet.16 Seeläbi leitud arvväärtusi saab kasutada interaktiivsetes ruumilahendustes sisendina, nii et muutused kasutajate virgus- ja valentsustasemetes võivad käivitada muutusi ka neid ümbritsevas ruumilises keskkonnas. Ruumist saab suhtlev agent, kes mõistab, kuidas kasutaja end seal tunneb, ja vajadusel kohandab end tema enesetunde stimuleerimiseks ümber.
Masintundmus
Selle meetodiga saab analüüsida ka ruumi mõju. Aju-arvuti liidesed võimaldavad uue nurga alt mõista kasutajate ruumikogemusi ja ruumieelistusi. Ruumiliste stiimulite ja esile kutsutud meeleseisundite vaheliste seoste analüüsimine aitab leida inimeste ruumieelistustes uusi seaduspärasid ja annab teadmisi meeleseisundite tegelikust ampluaast. Andmehulgad, mis inimese jaoks on haldamatud, on tehisintellektile hea sisend, millele toetudes rakendada inimtajule omaseid intuitiivseid infotöötlusprotsesse ja õppida info töötlemise käigus nähtusi „mõistma“ ja tundeid „kogema“. Tehisintellekti haru, mis tegeleb inimese tunnete ja emotsioonide ära tundmise, tõlgendamise, töötlemise ja simuleerimiseks vajalike süsteemide arendamisega, nimetatakse masintundmuseks. Masintundmuse üheks oluliseks rakenduseks ongi inimese ja masina vahelise interaktsiooni täiustamine. Seda kasutatakse kasutajaliidestes, hõlbustamaks masinatega suhtlemist. Selle tulemuseks on dünaamilisemad kasutajaliidesed, mille puhul ei ole vaja kohandada end enam masina moodi mõtlema.
Tuvastades masinõppimise algoritmidega erinevaid ruumikasutuse mustreid, võib tark ruum õppida end kasutaja soove ennetades tema jaoks sobivaks seadma. See on võimeline oma vigadest õppima ja talletama mällu seoseid. Ruum saab toimida kui otsingusüsteem, mis tunneb inimese eelistusi ning pakub enesetundele ja toimingutele vastavaid lahendusi välja veel enne, kui inimene nende järele puudust jõuab tunda. Kasutaja ja ruumi vahelise interaktsiooni selline muutumine annab kohanemisvõimelise ruumi mõistele uue tähenduse ning seab uude rolli ka arhitekti ja disaineri. See võimaldab kavandada ruumielamusi uutel alustel, mida me ei oska veel ettegi kujutada. Lõpuks on ruumielamus ju vaid meelte vahendatud elektrokeemiliste signaalide töötlemise tulemus ning otsene side füüsilise maailmaga üksnes aju loodud illusioon.17
Sensorid meie taskutes
Kasutajakogemuse hindamiseks on EEG kõrval mitmeid alternatiivseid biomeetrilisi tehnoloogiaid18, mis võimaldavad enesetunnet mõõta inimesele peaaegu märkamatult. Kanname neid tehnoloogiaid igapäevaselt kasutatavates seadmetes endaga kaasas teinekord ise seda teadmatagi. Näiteks Apple Watchi ja Samsung Galaxy seadmetesse integreeritud fotopletüsmograafia (PPG) sensorid mõõdavad südamerütmimuutlikkust (HRV), millest on tugevamate reaktsioonide korral võimalik välja lugeda ka meeleseisundi positiivsus-negatiivsus-tase. Kasutades nende seadmete rakendusi enda teada vaid päevase aktiivsuse jälgimiseks, teeme arendajale potentsiaalselt teatavaks ka muutused oma meeleseisundites. Sidudes valentsusväärtused teiste meie kohta kättesaadavate andmevoogudega, saavad arendajad teha meie eelistuste kohta arvestatavaid järeldusi.
Naha galvaanilise reaktsiooni (GSR) sensoritega, mida kasutatakse sageli tavapraktikas, saab higinäärmete aktiivsust mõõtes tuvastada inimese üldist aktiivsus-passiivsus-taset. GSR-sensorite kasutamine spetsiaalsetes mängurihiirtes ja -pultides annab võimaluse mängu käiku vastavalt mängija erutusastmele ümber kohandada. Kasutaja saab sellest kaasahaarava mänguelamuse, mängu arendaja aga olulist infot mängu eri aspektide toimivuse kohta. Lisaks meelelahutusele kasutatakse naha galvaanilise reaktsiooni mõõtmist valedetektorites. See annab aimu biomeetriliste tehnoloogiate võimekuse ulatusest ning tõstatab ühtlasi küsimuse, kas me ikka tahame endaga kogu aeg kaasas kanda valedetektori võimekusega seadmeid, mida ei saa välja lülitada. Oleme valmis mugavuse nimel, mida isikustatud rakendused meile pakuvad, teinekord endale teadvustamatagi päris kõrget hinda maksma – jagama oma isiklikke andmeid.
HRV ja GSR sensorite kombineerimisel on võimalik mõõta sümpaatilise närvisüsteemi19 tööd vaid kümmekond eurot maksvate avatud lähtekoodiga seadmetega. Isegi kui väldime sensorite külge panemist, tuvastavad masintundmuse algoritmid meie meeleseisundites toimuvaid muutusi nutiseadmete kaameratest, kõlaritest ja güroskoopidest kogunevate andmete põhjal, analüüsides kõnelaadi, žeste, kehakeelt ja ilmeid.
Lisaks multimeedia installatsioonidele kasutatakse selliseid tehnoloogiaid juba ka arhitektuuris. Näiteks UNStudio ja Scape projekt „Reset“20 pakkus igale külastajale tema biomeetrilistest andmetest lähtuvat isikustatud ruumikogemust, mille eesmärgiks oli maandada tööalast stressi. Google Design Studio ja Reddymade esitlesid projektiga „A Space for Being: Exploring Design’s Impact On Our Biology“21 kolme targa kodu varianti, kus analüüsiti biomeetriliste sensorite abil, millises keskkonnas tunnevad külastajad end kõige mugavamalt. Iga külastaja sai väljumisel raporti oma ruumikogemusest. Güvenc Özeli kineetiline installatsioon „Cerebral Hut“ oli ainulaadne selle poolest, et muutis EEG andmete mõjul oma füüsilist vormi. Need projektid näitavad arhitektide kasvavat huvi tegeleda uute tehnoloogiate kaasabil ruumisviibijate enesetunde ja ruumi omaduste vaheliste seostega.
Kokkuvõte
Aju-arvuti liideseid saab arhitektuuris kasutajakogemuse täiustamiseks mitmeti rakendada.. Liideseid saab kasutada ruumi mõju uurimisel, et leida uusi seoseid erinevate vormikeelte ja meeleseisundite vahel. Neid saab kasutada abivahendina disainiprotsessis, testimaks, kuidas klient kavandatavale disainile reageerib. Samuti saab aju-arvuti liideseid kasutada interaktiivsetes ruumilahendustes, stimuleerimaks kasutaja enesetunnet lähtuvalt ümbritseva ruumi mõjust. Erinevad kasutajaliidesed ja interaktiivsed lahendused on juba praegu ruumikasutust ja -tunnetust oluliselt muutnud. Need liidesed muutuvad üha targemaks ja muudavad järjest rohkem seda, kuidas me ruumiga suhestume. Aju-arvuti liideste laiemal levikul saame hakata looma elamuslikult laetud ruume, mis tunnevad ära inimeste meeleseisundid ja kohanduvad sellele vastavalt. Võib-olla me arhitektidena ühel päeval ei loogi neid keskkondi enam ise, vaid laseme tehisintellektil disainida kasutajakollektiivi meeleseisunditele ja käitumismustritele vastavaid uusi elamusi ja ruume ise sellesse sekkumata.
Kui füüsik Edmond Dewan pakkus helilooja Alvin Lucier’ile ajulainete alfasageduse mõõtmiseks vajalikku tehnoloogiat,22 köitis Lucier’i eelkõige väljakutse komponeerida muusikateos sellele justkui mõtlemata. Madalsagedusega ajulained, mille mõjul löökpillide madal heli esile kutsuti, avalduvad nimelt vaid lõõgastunud olekus, mil mõte puhkab. Seega polnud kontsertettekanne juhusliku mõttetulva ettemängimine. Helide esile kutsumiseks pidi helilooja end lavahirmust ja muust segavast täielikult välja lülitama ning saavutama vahetu meelelise seisundi, mida löökpillide madal heli aitas hoida. Käskluse andmiseks tuli tal keskenduda just käskluste mitte andmisele. Lucier’i heliteose puhul muutis aju-arvuti liidese kasutamise eriliseks tagasisideringlus, mis oli selge meelelise eesmärgi teenistusse seatud, ning vahetu interaktsioon. Need põhimõtted on aju-arvuti liidestega töötades kesksed ka praegusel ajal. Aju ja arvuti vahelise suhtluse täiustumine võimaldab hakata looma kohanemisvõimelisi ruume, mis täiustavad märkamatult ka meie ruumielamusi ja ruumi kasutamise kogemust.
JOHANNA JÕEKALDA on arhitekt ja EKA VR Labori juhataja. Oma loomingus keskendub ta füüsilise ja virtuaalse ruumi koostoimevormidele, millega eksperimenteerib peamiselt installatsiooni vormis.
PÄISES: GSR ja HRV andmete mõõtmine EKA VR laboris allpool kirjeldatud eksperimendis. Foto: Johanna Jõekalda
AVALDATUD: Maja 101-102 (suvi-sügis 2020) Sisearhitektuuri-eri
1 See nimetus pärineb insener Jacques Vidalilt, kes jõudis juba 1970ndatel tehnilise lahenduseni, mis võimaldas ajusignaalide mõjul kuvaril kursorit liigutada.
2 Interaktsiooni osapooli saab lihtsa vaevaga välja vahetada, kuniks neil on andmeliselt defineeritav kuju. Meediateoreetik Lev Manovichi käsitlusele tuginedes teeb selle võimalikuks uue meedia keel. Lauaarvutite arendamisel muutusid nii pildid, helid, tekstid kui ka teised meedia vormid numbrilisel kujul esitatavaks – see teeb võimalikuks meediumiülesed ülekanded, nt heli tõlkimise pildiks või ajusignaali tõlkimise masinkäskluseks.
3 Vaata näiteks Domuse targa kodu platvormi.
4 Meditsiinilises uurimistöös kasutatakse alternatiivina ka funktsionaalse magnetresonantsi kuvamist (fMRI), mis võimaldab inimeste reaktsioone ja seisundeid täpsemalt tuvastada. fMRI seadmed on aga statsionaarsed – mõõdistuste ajaks suletakse katseisik masina korpusse, kus ta saab stiimuleid kogeda vaid vahendatud kujul (ekraanilt, kõlarist). Piirangud ruumi loomulikule tajumisele tasaarvestavad seega fMRI tehnoloogilise eelise biomeetriliste seadmete ees, mille kasutamisel saab ümbritsevas ruumis vabalt ringi liikuda ja ringi vaadata.
5 See statistika põhineb Domuse targa kodu platvormi, täpsemalt Konexi seadmete automatiseerimise süsteemi kasutamisel. Kasutajale anti peamisteks ülesandeks valguseteid sisse lülitada, veekeetjat kasutada, kardinaid liigutada ja telekat vaadata.
Nataliya Kosmyna jt, „Feasibility of BCI Control in a Realistic Smart Home Environment“ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4999433/#fn0001.
6 U 64–256 elektroodi
7 Elon Musk & Neuralink „An integrated brain-machine interface platform with thousands of channels“, https://www.biorxiv.org/content/10.1101/703801v4.full.pdf
8 Neist tuntum on esimesena tarbijaseadmete turule sisenenud Emotiv Epoc, millel on küll tarbijasõbralik kasutajaliides, ent väga mürarohke EEG signaal.
9 Ehkki invasiivsete elektroodide puhul on signaal väga täpne, kaasneb sellega oht tekitada armkude, mis võib põhjustada signaali nõrgenemist ja kadumist.
10 Matthew Nagle. 2006. Braingate – esmakordne implantaadi abil kursori liigutamine.
11 Signaalide välja saatmise kõrval võimaldavad elektroodid signaale ka vastu võtta.
12 Artikkel on valminud enne Neuralingi 28. augustil 2020 toimunud esitlust.
13 Näiteks William Gibsoni „Neuromanceri“ tegelastel on tänu ajuimplantaadile samuti otseühendus arvutivõrguga.
14 D. Oude Bos „EEG-Based Emotion Recognition (The Influence of Visual and Auditory Stimuli)“, http://hmi.ewi.utwente.nl/verslagen/capita-selecta/CS-Oude_Bos-Danny.pdf
15 Reaktsiooni positiivsus-negatiivsus (ehk valentsus) arvutatakse välja otsmikusagara semisfääride aktiivsuse järgi. Reaktsiooni aktiivsuse-passiivsuse (ehk virguse) leidmiseks kasutatakse beeta ja alfa laineala suhet.
16 Nende väärtuste arvutamiseks ekstraheeritakse esmalt vaatlusaluste elektroodide α- ja β-lainesagedused, seejärel tuvastatakse sageduste muutumine ajas võrreldes baastasemega ning leitakse iga ajaühiku keskmine väärtus, selle põhjal arvutatakse välja vaatlusaluste elektroodide α- ja β-lainesageduste suhet kajastav aktiivsus-passiivsus tase ja otsmikusagara semisfääride aktiivsustasemete suhet kajastav positiivsus-negatiivsus-tase. Andmete töötlemise käigus eemaldatakse ühtlasi ekstreemumid, interpoleeritakse järske signaalimuutusi ja taandatakse kindla sagedusega andmed soovitud ajaetapi täpsusastmele. Automatiseeritud andmetöötlus võimaldab seda teha reaalajas.
Individuaalsed elamused tehakse ühistel alustel võrreldavaks, tuvastades referents-stiimulitega iga indiviidi emotsioonide baastase ja ekstreemumid ning kalibreerides näitajad sellele vastavaks. Referents-stiimulina võib kasutada näiteks IAPS-pildibaasi pilte; selle alternatiivina võib kasutada mistahes meelelisi stiimuleid, mille keskmine mõju inimesele on virgus-valentsus-väärtuste näol tuvastatud.
17 C. Frith, Making Up the Mind: How the Brain Creates Our Mental World. Oxford: Blackwell, 2007, lk 40.
18 Matemaatilise statistika kasutamist närvisüsteemi või teiste biosüsteemide uurimisel nimetatakse biomeetriaks.
19 Ohu korral tõuseb vererõhk ja südamerütm ning inimene peab tegema instinktiivse otsuse, kas põgeneda või võidelda.
20 Esitleti 2017. aastal Milaanos iSalone del Mobiles.
21 Esitleti 2019. aastal Milaano mööblimessil.
22 Insener ja õhujõudude teadlane Edmond Dewan oli juba aasta varem mõttejõul lampi põlema pannud ning seeläbi ka morsekoodi edastanud, genereerides alfasageduse abil täht-haaval lause „I CAN TALK“, kus igale tähele kulus 25 sekundit.
