Rozhranie neuropočítača: princíp činnosti, rozsah použitia, výhody a nevýhody

Postupne do nášho života prichádza veľa nových vecí. Vývoj technológie nestojí na mieste a zajtra môže byť možné niečo, o čom sme sa neodvážili snívať včera. Neurocomputer interface (NCI) robí skutočné spojenie ľudského mozgu s technológiou, ich čiastočnou interakciou.

Čo je NCI?

NCI je systém výmeny informácií medzi ľudským mozgom a elektronickým zariadením. Výmena môže byť obojsmerná, keď elektrické impulzy prichádzajú zo zariadenia do mozgu a späť, alebo jednosmerná, keď informácie prijíma iba jeden objekt. Zjednodušene povedané, NCI je to, čo sa nazýva "správa napájania mysle". Veľmi dôležitý objav, ktorý je už široko používaný v mnohých oblastiach života.

Ako funguje NCI?

Neuróny mozgu si navzájom prenášajú informácie pomocou elektrických impulzov. Ide o veľmi zložitú a mätúcu sieť, ktorú vedci zatiaľ nemôžu úplne analyzovať. Ale s pomocou NCI bolo možné prečítať časť informácií o mozgových impulzoch a preniesť ich do elektronických zariadení. Oni zase fronta, môže transformovať impulzy do akcie.

História štúdie NCI

Je pozoruhodné, že základom pre vývoj rozhrania NC boli diela ruského vedca a. P. Pavlova na podmienených reflexoch. Dôležitú úlohu pri štúdiu NCI zohrala aj jeho práca na regulačnej úlohe mozgovej kôry. Výskum A. P. Pavlovove kurzy sa konali začiatkom dvadsiateho storočia na Ústave experimentálnej medicíny v Petrohrade. Neskôr Pavlovove myšlienky v smere rozhrania NK vyvinul sovietsky fyziológ P. K. Anokhin a Sovietsky a ruský neurofyziológ N. P. Bekhtereva. Globálny výskum NCI začal až v roku 1970 v USA. Pokusy sa uskutočňovali na opiciach, potkanoch a iných zvieratách. V priebehu výskumu vedci pracujúci s experimentálnymi opicami zistili, že určité oblasti mozgu sú zodpovedné za pohyby ich končatín. Od tohto objavu sa rozhodlo o následnom osude NCI.

Elektroencefalografia (EEG)

Elektroencefalografia je metóda čítania elektronických mozgových impulzov neinvazívnym pripojením elektród k hlave človeka. Neinvazívna metóda je metóda, pri ktorej sú elektródy pripevnené k hlave osoby alebo zvieraťa bez priameho vloženia do mozgovej kôry. Metóda EEG sa objavila pomerne dávno a významne prispela k rozvoju neuropočítačového rozhrania. Metóda EEG sa používa dodnes, pretože je lacná a efektívna.

Etapy NCI

Informácie pochádzajúce z ľudského mozgu sú spracované elektronickým zariadením v štyroch fázach:

Príjem signálu.
Predbežné spracovanie.
Interpretácia a klasifikácia údajov.
Výstup dát.

je prvá etapa

V prvej fáze sú elektródy buď vložené priamo do mozgovej kôry (invazívna metóda), alebo pripevnené k povrchu hlavy (neinvazívna metóda). , proces čítania informácií z mozgových buniek začína. Elektródy zhromažďujú údaje z jednotlivých systémov neurónov zodpovedných za rôzne činnosti.

Predbežné spracovanie

V druhej fáze rozhrania mozog-počítač sú prijaté signály predspracované. Zariadenie extrahuje charakteristiky signálov, aby zjednodušilo zložité zloženie údajov, odfiltrovalo nepotrebné informácie a šum, ktoré bránia jasnému rozlíšeniu mozgových signálov.

Tretia etapa

V tretej fáze rozhrania NC SA informácie interpretujú z elektrických impulzov do digitálneho kódu. Označuje činnosť, ktorej mozog dal signál. Výsledné kódy sa potom klasifikujú.

Výstup dát

Informácie sa vydávajú vo štvrtej fáze. Digitalizované údaje sa odošlú do zariadenia pripojeného k mozgu, ktoré vykoná mentálne daný príkaz.

Neuroprotetika

Jednou z hlavných oblastí implementácie mozgového rozhrania je medicína. Neurálne protézy sú navrhnuté tak, aby obnovili spojenie medzi ľudským mozgom a pôsobením jeho orgánov, nahradili orgány poškodené chorobou alebo zranením s následným obnovením funkcií zo zdravého orgán. NCI môže obzvlášť dobre pomôcť ľuďom s ochrnutím alebo stratou končatín. Na princíp činnosti z neuropočítačové rozhranie sa používa pri použití nervových protéz. Zjednodušene povedané, človek je vybavený protetickými rukami alebo nohami, elektronickými implantátmi, z ktorých vedú do oblasti mozgu zodpovednej za pohyb tejto končatiny. Neuroprotetika prešla mnohými testami, ale náročnosť jej hromadného použitia spočíva v tom, že NCI nedokáže úplne prečítať mozgové signály a manažment protéz v každodennom živote mimo laboratória spôsobuje ťažkosti. Pred niekoľkými rokmi chceli v Rusku zaviesť výrobu neuroprotéz, ale zatiaľ sa to nerealizovalo.

Sluchové protézy

Ak sa protézy končatín ešte neobjavili na masovom trhu, potom sa kochleárny implantát (protéza, ktorá pomáha obnoviť sluch) používa už pomerne dlho. Na jeho prijatie musí mať pacient výrazný stupeň senzorineurálnej straty sluchu (to znamená taká strata sluchu, v ktorom schopnosť načúvacieho prístroja prijímať a analyzovať zvuky je narušená). Pomoc pri obnove sluchu pomocou kochleárneho implantátu sa využíva, keď konvenčný načúvací prístroj nedáva očakávané výsledky. . Implantát sa implantuje do ušného aparátu a priľahlej časti hlavy v dôsledku chirurgického zákroku. Ako každé iné rozhranie neuropočítača, aj kochleárny implantát by mal byť pre majiteľa úplne vhodný. Aby sa pacient naučil, ako ho používať a začal vnímať implantát ako nové ucho, musí podstúpiť dlhý rehabilitačný kurz.

Budúcnosť NCI

V poslednej dobe môžete počuť a čítať o umelej inteligencii všade. To znamená, že sen mnohých ľudí sa plní – čoskoro náš mozog vstúpi do symbiózy s technológiou. Nepochybne to bude nová éra ľudského rozvoja. Nová úroveň vedomostí a schopností. Vďaka rozhraniu mozog-počítač sa v mnohých oblastiach vedy objaví veľké množstvo nových a dôležitých objavov. Okrem toho, že sa NCI používa na lekárske účely, môže už používateľa pripojiť k zariadeniam virtuálnej reality. Ako je virtuálna počítačová myš, klávesnica, hrdinovia v hrách virtuálnej reality. , atď.

Hands-free ovládanie

Hlavnou úlohou neuropočítačového rozhrania je nájsť možnosť ovládania techniky bez pomoci svalov. Objavy v tejto oblasti poskytnú ľuďom s ochrnutím končatín viac príležitostí na pohyb, riadenie dopravy a pomôcok. Dokonca aj teraz NCI hladko kombinuje ľudský mozog a počítačovú umelú inteligenciu. To sa stalo možné vďaka hlbokému štúdium princípov ľudský mozog. Na ich základe sa zostavujú programy, na ktorých pracujú NCI a umelá inteligencia.

NCI v robotike

Keďže vedci zistili, že určité oblasti mozgu sú zodpovedné za pohyb svalov, okamžite mali predstavu, že ľudský mozog môže ovládať nielen svoje vlastné telo, ale aj ovládať humanoidný stroj. Teraz sa vytvára veľa rôznych robotických strojov. Vrátane humanoidov. Robotici sa snažia replikovať správanie živých ľudí v ich dielach podobných ľuďom. Ale zatiaľ sa programovanie a umelá inteligencia vyrovnávajú s touto úlohou o niečo horšie ako NCI. Pomocou rozhrania NC je možné ovládať robotické končatiny na diaľku. Napríklad na miestach, kde nie je možný prístup človeka. Alebo na práce, ktoré vyžadujú presnosť šperkov.

NKI pre paralýzu

Nepochybne najobľúbenejšie je neuropočítačové rozhranie v medicíne. Ovládanie protetických rúk, nôh, ovládanie invalidného vozíka pomocou myslenia, správa informácií v smartfónoch, počítačoch bez rúk atď. . Ak sa tieto inovácie stanú všadeprítomnými, životná úroveň ľudí, ktorí majú v súčasnosti obmedzenú mobilitu, sa zvýši. Mozog okamžite prenesie príkazy do zariadení a obíde telo, čo pomôže osobe so zdravotným postihnutím lepšie sa prispôsobiť prostrediu. Pri skúšaní neuroprotetiky však špecialisti čelia niektorým problémom, na ktoré dnes nemôžu nájsť riešenia.

Výhody a nevýhody rozhrania neuropočítača

Napriek tomu, že používanie rozhrania NC má veľa výhod, jeho aplikácia má aj nevýhody. Výhodou vo vývoji NC v medicíne je skutočnosť, že ľudský mozog( najmä jeho kôra) sa veľmi dobre prispôsobuje zmenám, takže možnosti rozhrania NC sú takmer neobmedzené. Otázka je len za vývojom a objavovaním nových technológií. Ale sú tu nejaké problémy.

Nekompatibilita telesných tkanív so zariadeniami

Po prvé, ak sú implantáty vložené invazívnym spôsobom (do tkanív), je veľmi ťažké dosiahnuť ich úplnú kompatibilitu s tkanivami pacienta. Tie materiály a vlákna, ktoré by mali byť úplne implantované do organického tkaniva, sa vytvárajú iba.

Nedokonalosť technológie v porovnaní s mozgom

Po druhé, elektródy sú stále oveľa jednoduchšie ako neuróny mozgu. Zatiaľ nie sú schopní prenášať a prijímať všetky informácie, s ktorými sa nervové bunky mozgu ľahko vyrovnávajú. Preto pohyb končatín zdravý človek je oveľa rýchlejší a presnejší ako pohyb neuroprotéz a zdravé ucho vníma zvuky jasnejšie a správnejšie ako ucho s kochleárnym implantátom. Ak náš mozog vie, ktoré informácie odfiltrovať a ktoré považovať za hlavné, potom sa to v zariadeniach s umelou inteligenciou robí pomocou algoritmov napísaných človekom. Zatiaľ nemôžu replikovať zložité algoritmy ľudského mozgu.

Veľké množstvo premenných, ktoré potrebujú kontrolu

Niektoré vedecké ústavy plánujú v blízkej budúcnosti vytvoriť nie samostatnú neuroprotézu nohy alebo ruky, ale celý exoskeleton pre ľudí s detskou mozgovou obrnou. Pri tejto forme protézy by exoskeleton mal dostávať informácie nielen z mozgu, ale aj z miechy. S takýmto zariadením spojeným so všetkými dôležitými nervovými zakončeniami tela možno človeka nazvať skutočným kyborgom. Nosenie exoskeletu umožní úplne paralyzovanej osobe znovu získať schopnosť pohybu. Problém je však v tom, že implementácia hnutia nie je všetko, čo sa od NCI vyžaduje. Exoskelet musí brať do úvahy aj rovnováhu, koordináciu pohybov, orientáciu v priestore. Zatiaľ čo úloha súčasného vykonávania všetkých týchto príkazov je náročná.

Strach ľudí z nového

Neinvazívna metóda umiestnenia implantátu je účinná v laboratórnych podmienkach, ale v bežnom živote je nepravdepodobné, že by táto metóda dokázala ospravedlniť nádeje, ktoré sa na ňu kladú. Kontakt s takýmto spojením je slabý, používa sa hlavne pre čítanie signálov. Preto v medicíne a neuroprotetike spravidla používajú chirurgickú metódu vkladania elektród do tela. Len málo ľudí však bude súhlasiť so spojením svojho tela a neznámej techniky. Keď ľudia počuli o terminátoroch a kyborgoch z hollywoodskych filmov, obávajú sa pokroku a inovácií, najmä ak sa týkajú osoby priamo.