Биологические интерфейсы – «Когнитивная нейронаука …методы, локализация функций, осцилляторные системы мозга, биологическая обратная связь, интерфейс «мозг-компьютер»…». Скачать бесплатно и без регистрации.

Содержание

Человеческий мозг — это биологический интерфейс

brain

Принято считать, что мозг вырабатывает мысли или эмоции так же, как, например, печень вырабатывает желчь. Эта идея живет и побеждает на протяжении трех последних столетий. Люди за это время практически отказались от идеалистических представлений о душевной жизни человека, сведя ее к неким мозговым механизмам. Доктор психологических наук, кандидат медицинских наук, профессор Михаил Решетников уверен, что роль мозга в жизни человека должна быть пересмотрена. В новой системе представлений она у него будет более скромная — роль связующего звена между идеальным и реальным, или, выражаясь современным языком, биологического интерфейса. Михаил Решетников почти уверен, что кто-то из коллег обвинит его в богоискательстве, кто-то — в уходе в мистику. Ни то ни другое, как он подчеркивает, ему не близко.

Михаил Решетников проработал в медицине и в психотерапии тридцать лет. За это время от пациентов он услышал много рассказов о различных предчувствиях, которые затем сбывались, о том, как люди переживали на расстоянии болезнь ребенка, не зная о ней. А еще ученый слушал лекции зарубежных коллег о том, что с перерезанием пуповины биологическая связь между ребенком и матерью не прерывается. Неоднократно наблюдал он и за опытами экстрасенсов, считывавших информацию, которую они не знали и знать не могли. В результате Решетников высказал предположение, что наиболее вероятная роль мозга — это роль биологического интерфейса. То есть не более чем связующего звена между идеальной информацией, существующей вне тела, и реальным миром. Мир идеальной информации — особый. Мысль войти в него, как говорит Михаил Решетников, пугает: «Лично у меня она вызывает животный страх. Есть люди, утверждающие, что при помощи этого мира могут заглянуть в предыдущую жизнь, и говорят, что были даже случаи невозврата. Я предпочитаю не касаться таких вещей».

Наука всегда придавала сознанию очень большое значение. Но это далеко не вся психика, и даже не большая ее часть. Огромную часть информации мы усваиваем подсознательно и даже бессознательно. Как показали эксперименты по изучению подсознания, в психической деятельности человека важную роль играют быстрые и медленные нейроны. Когда мы о чем-то думаем, принимаем решение, в этом участвуют медленные нейроны. А когда возникает экстремальная ситуация, реакция реализуется с помощью быстрых нейронов. Мы сами еще не поняли, почему отскочили в сторону, и лишь потом только увидели, что прямо на нас несется машина.

Кроме того, было обнаружено, что самое активное монтирование информации в подсознании происходит тогда, когда она эмоционально окрашена, совпадает с переживаниями конкретного человека, а также находится вне центрального поля зрения.

«Множество фундаментальных открытий в области нервной деятельности предопределило знаменитое павловское учение о рефлексах, — поясняет Михаил Решетников. — Однако ни одно из последовавших открытий так и не смогло объяснить сложные формы целенаправленного поведения, мышления, творческих озарений и чувств». Сущность сугубо физиологических концепций сводилась практически к тому, что мозг может самостоятельно не только адекватно отвечать на внешние раздражения, но и… предвидеть будущее, активно строить планы своего поведения и реализовывать их в действии, что именно мозгу присуща функция «опережающего отражения действительности». Для личности уже практически не оставалось места — мозг сам строит планы и реализует их посредством тела. Не слишком ли много он на себя берет?

Разработки Ивана Павлова, вне всякого сомнения, были революционными и обосновали общие принципы логической обработки знаковой информации и интеллектуальных операций по заданному алгоритму. Сейчас уже все хорошо знакомы с компьютерами, но хотя эти умные машины и способны осуществлять сложнейшие операции, вряд ли кто-то будет утверждать, что процессор является аналогом психики. Михаил Решетников уверен, что вполне допустимо рассматривать его в качестве аналога мозга: «Если у вас хороший интерфейс, вы можете перерабатывать массу информации. Впрочем, многое зависит и от того, какие «настройки» он получил. Есть уже заложенные в него природой программы — математические, литературные, музыкальные способности. А есть вещи, которые закладываются в процессе образования. Фактически обучение — это программирование мозга».

Не секрет, что есть люди, которые живут исключительно в рамках того, что запрограммировано в их биологическом интерфейсе. Таким людям никогда не сделать открытий, не создать что-то гениальное. А есть люди, которые пытаются узнать то, чего не знают другие, они живут в постоянном поиске, то есть их мозг занимается тем, что еще Платон называл припоминанием знания.

Конечно, наследственность важна. Но чтобы чего-то достичь, человек должен не только обладать хорошим интерфейсом, но и прилежанием, и трудолюбием. «Знания открываются тем, кто ищет», — уверен Михаил Решетников.

Зигмунд Фрейд считал, что любая информация, чувство, эмоция не исчезают и не растворяются, они сохраняются, и называл это свойство законом сохранения психических содержаний. Но если, к примеру, это содержание вдруг оказывается мучительным для человека, психика пытается его трансформировать. Порой она с этим не справляется, и тогда происходит разрыв с реальностью. Это главный признак психического расстройства. По сути, поломка интерфейса. Психиатры уверены, что в интересах лечения и коррекции психических расстройств нужно воздействовать на мозг некими химическими веществами. «Но с таким же успехом, — говорит Михаил Решетников, — мы могли бы пытаться устранять сбои в программном обеспечении путем воздействия на «железо» компьютера какими-либо химическими веществами». Возможен ли ремонт интерфейса? Случаев окончательного выздоровления психически больных людей пока не известно. Те или иные препараты, назначенные человеку, уверен Решетников, не действуют на какое-то конкретное начало. Они подавляют яркость эмоций, переживаний, душевной боли. При длительном применении они фактически нивелируют личность. Через несколько лет лечения психических расстройств спросить, стало ли этой личности легче, уже не у кого. Потому что той личности, которую когда-то начали лечить, уже нет. Ее «деформировали». Михаил Решетников уверен: при лечении психически больных людей обязательно нужно учитывать эти моменты и влиять не на сам мозг, а прежде всего разбираться с той информацией, которая поступила и продолжает поступать в него из идеального мира. У любой душевной травмы есть собственная внутренняя динамика, она должна быть понята и пережита. И, возможно, лишь только после этого мозговой интерфейс человека сумеет вернуться к работе в нормальном режиме.

Мнения

Ограниченный набор

Юрий Сиволап, профессор Московской медицинской академии им. И. М. Сеченова, доктор медицинских наук:

— Мозг при всем многообразии его возможностей и всей индивидуальности у большинства людей может генерировать довольно ограниченное количество идей и представлений. Поэтому мысли, концепции и теории, которые могут возникнуть у любого человека в любой момент, когда-то уже появлялись. Нередко бывает так, что одна и та же научная идея при определенном уровне развития науки и техники приходит в голову сразу нескольким людям. Они потом будут оспаривать друг у друга пальму первенства. То, что называется «идея витает в воздухе». Однако это говорит не о том, что мозг подключен к некой общей сети по невидимым каналам, а о том, что в серое вещество при всем его колоссальном потенциале заложено сравнительно небольшое число реакций и возможных решений. То есть оно универсально для всего человеческого вида. Хотя встречаются и уникумы типа Альберта Эйнштейна. Они могут представлять по-настоящему оригинальные концепции. В остальном можно сказать, что у всех есть один и тот же набор. Поэтому и создается впечатление существования всемирного сознания.

Валерий Кувакин, член комиссии РАН по борьбе с лженаукой, доктор философских наук:

— Идея высшего разума не нова. Она немного моложе идей богов и всяких потусторонних сил. С развитием науки и техники эта гипотеза модернизируется. Не случайно сейчас проводят аналогии с различными явлениями из области компьютерных технологий. В итоге этот разум приобретает черты суперкомпьютера. Сама по себе эволюция этих идей говорит о том, что они умозрительны, спекулятивны. Они основаны не на опыте, а исключительно на усилии разума, подкрепленном ожиданием какого-то чуда. Считать эти идеи научными нельзя в принципе, потому что их нельзя ни подтвердить, ни опровергнуть.

Важные медико-биологические + нейрокомпьютерные интерфейсы | Коллекционер будущего

Я рад жить в это время. Ведь именно в наши дни происходят великие открытия и события, которые потихоньку оставляют несовершенный мир с болезнями, страданиями и безнадежностью неминуемого старения позади. И каждый год таких открытий и событий все больше.

Рассмотрим некоторые из них.

  1. Первое и главное.

На 3D-биопринтере было напечатано человеческое сердце! Да, из человеческих клеток и других биоматериалов! Для начала напечатали орган миниатюрных размеров, но в нем присутствуют все необходимые для уважающего себя сердца компоненты – сосуды (да-да, те самые сосуды, которые раньше все не могли печатать), желудочки, предсердия, клапаны и др. Ничего, что это сердце маловато (хотя для кролика такое сердце было бы в самый раз), главное – оно физиологически работает, а значит, возможно немного доработать технологию и печатать полноценные человеческие ♥.

Сделала это команда того самого, не побоюсь этого слова, Великого ученого и профессора Таль Двир (который лечил инфаркты миокарда и инсульты с помощью биотехнологий у свиней). Теперь Я не сомневаюсь, что технология печати полноценных людских сердец к 2025 году начнет применяться в клинической практике!

Подробнее об этой новости читайте тут 

 

2. Еще об одном воистину удивительном событии появилась информация буквально на днях. Ученым удалось восстановить активность работы клеток мозга свиней через 4 часа после их смерти! А значить «Идея необратимости потери функции мозга явно не верна!»

Конечно, была «оживлена» только часть нейронов, чего даже близко не хватает для полноценного функционирования мозга. В рамках исследования охлажденные мозги животных помещали в специальную систему BrainEX, в которой жидкость, заменяющая кровь и содержащая все необходимые питательные компоненты, проходила через сосуды органа. Через 6 часов появились признаки метаболической активности – клетки мозга перерабатывали глюкозу и кислород, приобретали нормальное строение и даже проявляли синаптическую активность. Однако координированной активности нейронов, характерной даже для минимального уровня сознания, не наблюдалось.

3. Наконец-то разрешены клинические испытания стентродов на людях, что уже очень приближает к нам создание достойных нейрокомпьютерных интерфейсов. Напомню (ибо писал об этом пару лет назад) стентрод представляет из себя стент (этакую решетчатую проволочку, которая прилегает к сосудам, оставляя их просвет свободным), который планируется устанавливать в вены головного мозга, благодаря чему устройство будет очень точно считывать многие сигналы с коры, к которой практически будет прилегать. Сентрод будет связан проводником с частью, расположенной в области грудной клетки, с которой можно будет считывать сигнал, воспринимаемый непосредственно от мозговой деятельности. В ближайшие месяцы устройство будет протестировано на пяти пациентах с нарушениями работы рта и рук. Спустя некоторое время тренировок, предположительно, люди смогут мысленно достаточно эффективно управлять компьютером и другими устройствами, которые свяжут со стентродом.

Такой имплант в ближайшем будущем будет позволять мысленно управлять искусственными конечностями, экзоскелетами (что подарит более качественную жизнь парализованным людям) и роботами-аватарами. Да и вообще любыми механизмами. Но, если спросите мое мнение, век стентродов будет недолгим, так как их место достаточно быстро займут более эффективные и безопасные устройства.

4. У стентродов, похоже, будет конкуренция и из-за нового материала, который разработала группа исследователей из Университета Пердью. Как говорят сами исследователи, их «квантовый» материал способен переносить информацию из нервной ткани человека, и непосредственно из мозга, в компьютер. Если уточнить, то была разработана никелатовая решетка, способная напрямую преобразовывать электрохимические сигналы нейронов в электрическую активность, которая может быть интерпретирована компьютером. Исследователи уверены, что данный материал позволит считывать все воспоминания людей, чтобы сохранять их в «облаке», к которому в любой момент можно будет подключится, чтобы их получить назад.

«Мы с уверенностью можем сказать, что этот материал предоставляет потенциальный путь к разработке компьютерного устройства, которое сможет хранить и передавать воспоминания»

«Представьте, вы поместили в мозг электронное устройство и, когда естественные функции органа начнут увядать, человек все еще будет иметь доступ к воспоминаниям с этого устройства»

6. Как Вы думаете, как много изменений можно внести в один геном на современном этапе развития генной инженерии. 10? 50? 100? 1000? Так вот, группа ученых из Гарвардского университета с помощью CRISPR внесла 13 200 генетических изменений в ОДНУ клетку!

7.Одна из проблем переломов костей заключается в том, что они очень медленно срастаются, что надолго выводит человека из строя. Особенно когда речь идет об осложненных переломах крупных костей, требующих оперативного сопоставления.

Однако исследователи из университета Карнеги-Меллона придумали, как укорить срастание костей в 2-4 раза. И в ход пошёл графен, на основе которого были создано вещество, которое можно во время операции по сопоставлению костей нанести на место переломов. Вещество с одной стороны, стабилизирует перелом, с другой – активно притягивает к себе биологически активные элементы и ионы кальция, играющие роль в устранении повреждения. Команде удалось сделать новый материал биоразлагаемым, по мере восстановления кости его становится все меньше вплоть до полного исчезновения.

Эксперименты на мышах были успешны, теперь запланированы испытания на более крупных млекопитающих, а после и до людей доберутся.

8. Еще меньше болезненных уколов. Индийскими исследователями была придумана, создана и протестирована на животных и даже на людях «умная капсула» RaniPill. В капсулу можно загрузить нужное лекарственное средство (испытывались инсулин, октреотид и интерферон бета – вещества, которые при различных заболеваниях люди должны колот себе регулярно). Попав в желудок, с помощью капсула видоизменяется, прижимается к стенке, из капсулы вылазит группа тонких игл и содержимое вводится под слизистую оболочку. Так как стенки желудочно-кишечного тракта отлично кровоснабжаются, вещества хорошо проникают в кровеносную систему и разносятся по всему организму. Иглы настолько мелкие, что после уколов слизистая смыкается и восстанавливается без какого-либо намека на повреждения. Все компоненты капсулы (в том числе и иглы) биоразлагаемы и безопасны для последующего пребывания в организме. Особенности иннервации желудочно-кишечного тракта на дают людям почувствовать уколы такого типа. Все люди, испытавшие капсулу (а их десятки, но только они испытывали, в отличие от животных, капсулы с плацебо) отметили, что совершенно не чувствовали никаких неприятных ощущений.

9. Около месяца назад было опубликовано о начальных успехах в клинических испытаниях таблетированного мужского контрацептива. Препарат, который пока называют 11-beta-MNTDC (11-бета-метил-19-нортестостерон-17-бета-додецилкарбонат) показал свою безопасность, не вызвав у принимавших его мужчин серьёзных побочных эффектов. Исследования продолжаются.

 

Поделиться ссылкой:

Понравилось это:

Нравится Загрузка…

Похожее

Нейроинтерфейсы. Искусство читать мысли — Hitecher

Компьютер часто сравнивают с мозгом, а с недавнего времени эти системы — биологическую и механическую — можно еще и соединить. Какие же возможности дает эта технология и какие вызовы ставит перед человечеством?

Высокие технологии играют все большую роль в нашей жизни. То, что еще несколько лет назад казалось фантастикой, сегодня — необходимость, без которой невозможно обойтись в быту. Идея о подключении живого человеческого мозга к вычислительной машине звучит пугающе и может оказаться непонятой частью общества. Но пока есть по-настоящему нуждающиеся в этой технологии люди, принятие новшества остается лишь делом времени.

Что такое нейрокомпьютерный интерфейс?

Нейрокомпьютерный интерфейс — это система прямого обмена информацией между мозгом и электронным прибором. В широком смысле под ней можно понимать искусственные аналоги органов чувств (например бионический глаз) и другие приборы. Эти устройства однонаправленные и давно используются в медицине.

Куда больший интерес представляют двунаправленные интерфейсы, позволяющие и разуму, и внешней технике как принимать сигналы, так и служить их источником. Такими полноценными путями сообщения между «серым веществом» и внешним миром давно грезили фантасты, а с недавних пор и ученые.

Такие интерфейсы работают благодаря регистрации электрической активности мозга. Наши мысли и желания отображаются на электроэнцефалограмме (ЭЭГ), которая расшифровывается компьютером.

Краткая история нейроинтерфейсов

Как мы уже выяснили, нейрокомпьютерные интерфейсы неразрывно связаны с ЭЭГ. Поэтому, чтобы понять, как человечество пришло к идее подключить мозг к машине, нужно проследить историю развития данной технологии.

История электроэнцефалограмм

ЭЭГ уходит корнями в Германию, где проживал ученый-физиолог по имени Эмиль Генрих Дюбуа-Реймон. Именно этому человеку мы обязаны электрофизиологией.

В 1849 году Дюбуа-Реймон установил, что человеческий мозг обладает электрогенными свойствами. Это отправная точка в исследовании электрогенеза — возможности мозга генерировать ток. Также ученый впервые выявил некоторые закономерности, характеризующие электросигналы в человеческих нервах и мышцах.

принцип работы, сферы применения, плюсы и минусы

Постепенно в нашу жизнь входит много нового. Развитие техники не стоит на месте, и завтра может быть возможно то, о чем вчера мы не осмеливались мечтать. Нейрокомпьютерный интерфейс (НКИ) делает реальной связь человеческого мозга с техникой, их частичное взаимодействие.

Что такое НКИ?

НКИ – это система обмена информацией между мозгом человека и электронным устройством. Обмен может быть двухсторонним, когда электрические импульсы поступают от устройства в мозг и обратно, или односторонним, когда информацию получает только один объект. Более простым языком, НКИ представляет собой то, что называется «управление силой мысли». Очень важное открытие, которое уже сейчас широко используется во многих сферах жизни.

Как работает НКИ?

Нейроны мозга передают друг другу информацию с помощью электрических импульсов. Это очень сложная и запутанная сеть, которую ученые пока не могут проанализировать до конца. Но с помощью НКИ стало возможным считывать часть информации импульсов мозга и передавать ее на электронные устройства. Они, в свою очередь, могут преобразовывать импульсы в действие.

сеть нейронов

История изучения НКИ

Примечательно, что основой для развития НК-интерфейса стали труды русского ученого И. П. Павлова об условных рефлексах. Также немаловажную роль в изучении НКИ сыграла его же работа по теме регулирующей роли коры головного мозга. Исследования И. П. Павлова проходили в начале двадцатого века в Институте экспериментальной медицины в Санкт-Петербурге. Позднее идеи Павлова в направлении НК-интерфейса развили советский физиолог П. К. Анохин и советский и российский нейрофизиолог Н. П. Бехтерева. Глобальные исследования НКИ начались только в 1970-х годах в США. Эксперименты проводили на обезьянах, крысах и других животных. В ходе исследований ученые, работающие с подопытными обезьянами, выяснили, что за движения их конечностей отвечают определенные зоны мозга. С момента этого открытия последующая судьба НКИ была решена.

Электроэнцефалография (ЭЭГ)

Электроэнцефалография представляет собой способ считывания электронных импульсов мозга посредством неинвазивного прикрепления электродов к голове человека. Неинвазивный метод – это такой метод, при котором электроды крепятся на голову человека или животного, без непосредственного введения в кору мозга. Метод ЭЭГ появился сравнительно давно и внес большой вклад в развитие нейрокомпьютерного интерфейса. Метод ЭЭГ используется по сей день, потому что он недорогой и действенный.

эксперимент с электродами

Этапы НКИ

Информация, исходящая из человеческого мозга, обрабатывается электронным устройством в четыре этапа:

  1. Получение сигнала.
  2. Предварительная обработка.
  3. Интерпретация и классификация данных.
  4. Вывод данных.

Первый этап

При первом этапе электроды либо вводятся непосредственно в кору головного мозга (инвазивный метод), либо крепятся на поверхность головы (неинвазивный метод). Начинается процесс считывания информации клеток головного мозга. Электроды собирают данные отдельных систем нейронов, отвечающих за различные действия.

Предварительная обработка

На втором этапе интерфейса «мозг – компьютер» происходит предварительная обработка полученных сигналов. Устройство извлекает характеристики сигналов, чтобы упростить сложный состав данных, отсеять лишнюю информацию и шум, мешающие четко выделить сигналы мозга.

Третий этап

На третьем этапе НК-интерфейса информация интерпретируется из электрических импульсов в цифровой код. Он обозначает действие, сигнал к которому дал мозг. Затем полученные коды классифицируются.

Вывод данных

Вывод информации происходит на четвертом этапе. Оцифрованные данные выводятся на соединенное с мозгом устройство, которое выполняет мысленно заданную команду.

нейроны мозга

Нейропротезирование

Одна из главных сфер внедрения мозгового интерфейса – медицина. Нейронные протезы призваны восстановить связь между мозгом человека и действием его органов, заменить поврежденные болезнью или травмой органы с последующим восстановлением функций здорового тела. Особенно хорошо НКИ может помочь людям с параличом или потерей конечностей. В использовании нейронных протезов используется принцип работы нейрокомпьютерного интерфейса. Если говорить очень упрощенно, человеку устанавливают протезы рук или ног, электронные имплантаты от которых ведут к области мозга, отвечающей за движение данной конечности. Нейропротезирование прошло многие тестирования, но сложность его массового использования заключается в том, что НКИ не может полностью прочитать сигналы мозга, а управление протезами в обычной жизни вне лаборатории вызывает сложности. Несколько лет назад в России хотели наладить производство нейропротезов, но до сих пор это не осуществлено.

Слуховые протезы

Если протезы конечностей еще не появились на массовом рынке, то кохлеарный имплантат (протез, помогающий восстановить слух) используют довольно давно. Чтобы его получить, пациент должен иметь выраженную степень сенсоневральной тугоухости (то есть такой потери слуха, при которой нарушена способность слухового аппарата принимать и анализировать звуки). К помощи восстановления слуха посредством кохлеарного имплантата прибегают тогда, когда обычный слуховой аппарат не дает ожидаемых результатов. Имплантат вживляется в аппарат уха и прилегающую к нему часть головы в результате хирургической операции. Как и любой другой нейрокомпьютерный интерфейс, кохлеарный имплантат должен полностью подойти владельцу. Чтобы научиться им пользоваться и начать воспринимать имплантат как новое ухо, пациенту нужно пройти долгий курс реабилитации.

кохлеарный имплантат

Будущее НКИ

В последнее время можно везде услышать и прочитать об искусственном интеллекте. Это означает, что мечта многих людей сбывается – скоро наш мозг войдет в симбиоз с техникой. Несомненно, это будет новая эра развития человечества. Новый уровень знаний и возможностей. Благодаря интерфейсу мозг-компьютер, во многих областях науки появится большое количество новых и важных открытий. Помимо использования в медицинских целях, НКИ уже может соединять пользователя с устройствами виртуальной реальности. Такими, как виртуальная компьютерная мышь, клавиатура, герои в играх виртуальной реальности и т. д.

Управление без рук

Главной задачей нейрокомпьютерного интерфейса является поиск возможности управления техникой без помощи мышц. Открытия в этой области дадут людям с параличом конечностей больше возможностей в передвижении, управлении транспортом и гаджетами. Уже сейчас НКИ без проблем объединяет мозг человека и компьютерный искусственный интеллект. Это стало возможно благодаря глубокому изучению принципов работы человеческого мозга. Именно на их основе составляются программы, на которых работают НКИ и искусственный интеллект.

НКИ в робототехнике

Так как ученые выяснили, что за движение мышц ответственны определенные зоны мозга, у них сразу возникла мысль о том, что человеческий мозг может управлять не только своим телом, но и контролировать человекоподобную машину. Сейчас создается много различных роботизированных машин. В том числе и гуманоидов. Робототехники стремятся в своих человекоподобных работах повторить поведение живых людей. Но пока программирование и искусственный интеллект справляются с данной задачей немного хуже, чем НКИ. С помощью НК-интерфейса можно управлять роботизированными конечностями на расстоянии. Например, в таких местах, куда доступ человека невозможен. Или на работах, которые требуют ювелирной точности.

робот - рука

НКИ при параличах

Несомненно, самым востребованным является нейрокомпьютерный интерфейс в медицине. Управление протезами рук, ног, контроль инвалидной коляски с помощью мысли, управление информацией в смартфонах, компьютерах без рук и т. д. Если эти нововведения станут повсеместными, повысится уровень жизни людей, в настоящее время ограниченных в возможностях передвижения. Мозг сразу будет передавать команды в устройства, минуя тело, что поможет человеку с инвалидностью лучше адаптироваться в среде. Но при попытках нейропротезирования специалисты сталкиваются с некоторыми проблемами, которым не могут найти решения по сегодняшний день.

Плюсы и минусы нейрокомпьютерного интерфейса

Несмотря на то что плюсов у использования НК-интерфейса много, минусы в его применении тоже есть. Плюсом в развитии НКИ в медицине является тот факт, что головной мозг человека (в особенности его кора) очень хорошо адаптируется к изменениям, благодаря чему возможности НК-интерфейса практически безграничны. Вопрос стоит только за развитием и открытием новых технологий. Но тут возникают некоторые проблемы.

Несовместимость тканей организма с устройствами

Во-первых, если вводить имплантаты инвазивным способом (внутрь тканей), очень сложно добиться их полной совместимости с тканями пациента. Те материалы и волокна, которые должны полностью вживиться в органическую ткань, только создаются.

мозг - компьютер

Несовершенство техники по сравнению с мозгом

Во-вторых, электроды все же устроены намного проще, чем нейроны мозга. Они пока не способны передавать и принимать всю ту информацию, с которой нервные клетки мозга справляются с легкостью. Поэтому движение конечностей здорового человека происходит намного быстрее и точнее, чем движение нейропротезов, а здоровое ухо воспринимает звуки четче и правильнее, чем ухо с кохлеарным имплантатом. Если наш мозг знает, какую информацию отсеивать, а какую считать за главную, то в устройствах с искусственным интеллектом это делают написанные человеком алгоритмы. Пока они не могут повторить сложные алгоритмы человеческого мозга.

Большое количество переменных, нуждающихся в контроле

Некоторые научные институты планируют в скором будущем создать не отдельный нейропротез ноги или руки, а целый экзоскелет для людей с церебральным параличом. При такой форме протеза экзоскелет должен получать информацию не только из головного мозга, но и со спинного. С таким устройством, подключенным ко всем важным нервным окончаниям тела, человека можно будет назвать настоящим киборгом. Ношение экзоскелета позволит полностью парализованному человеку вновь обрести способность двигаться. Но проблема в том, что реализация движения – не все, что требуется от НКИ. Экзоскелет должен учитывать также равновесие, координацию движений, ориентацию в пространстве. Пока задача одновременно осуществить все эти команды трудновыполнима.

экзоскелет для человека

Страх людей перед новым

Неинвазивный метод установки имплантатов эффективен в лабораторных условиях, но в обычной жизни этот способ вряд ли сможет оправдать возложенные на него надежды. Контакт при таком соединении слабый, используют его в основном для считывания сигналов. Поэтому в медицине и в нейропротезировании, как правило, пользуются хирургическим методом введения электродов в организм. Но мало кто согласится объединять свое тело и неведомую технику. Наслышанные о терминаторах и киборгах из голливудских фильмов, люди боятся прогресса и нововведений, тем более когда они касаются человека непосредственно.

Обзор мозгокомпьютерного интерфейса Emotiv Epoc / Habr

Вот тут давно сокрушались, что нет героя в отечестве, который бы купил какой-нибудь нейрокомпьютерный интерфейс, помучил бы его на благо сообщества и поделился с окружающими результатами мучений. Собственно есть. Я его купил и попытался использовать. Подробности с картинками под катом.
Лет 5 назад, когда я начинал свою трудовую деятельность, на моей работе по вечерам или по пятницам любили устраивать «полчасика» – погонять в контру. Так сложились исторические обстоятельства, что мне больше нравились стратегии, поэтому реакция у меня была не очень хорошая. Собственно, дальше я начал размышлять, как бы ее ускорить. Помимо тренировок я пришел к выводу, что можно попробовать ускорить рефлекторные дуги или вообще их обойти. Начал искать и нашел несколько подобных интерфейсов. Собственно, так я и немного вошел в тему.
Следует различать нейрокомпьютерные и мозгокомпьютерные интерфейсы (ну или более подробно тут). Изначально исследования велись еще 70-х годах XX-го века. Как у нас в стране, так и за рубежом (Шмидтом, Фетзом, Бейкером за рубежом и Н.П.Бехтеревой у нас в стране). Дальше буду использовать сокращение BCI (Brain-Computer Interface). Следует так же различать эти интерфейсы по принципу подключения к человеку:

  • погружной – собственно вживление в мозг или сращивание с нервами;
  • частично-погружной – электроды находятся на поверхности мозга или рядом с нервами;
  • непогружной – электроды находятся на поверхности кожи или даже несколько удалены от нее.

Есть еще интерфейсы:

  • мокрые – нужно смачивать специальной жидкостью для лучшего контакта;
  • сухие – смачивать не нужно.

По типу электродов они бывают:

  • пассивные – просто улавливают сигнал и передают его дальше;
  • активные – обратно сигнал они не передают, они просто делают его первичную обработку прямо в месте прикрепления. А сигналы обратно передают уже совершенно другие электроды.

В те далекие годы ученые развлекались тем, что вживляли мартышкам разные датчики и заставляли силой мысли управлять клешнями роботов, чтобы кушать бананы. Что самое интересное, у них это получалось. Как говориться, есть захочешь и не так извернешься. Основной проблемой было, что в нагрузку к роботу и датчику прилагался небольшой шкафчик с электроникой, который занимал целую комнату. Сейчас стало полегче, миниатюризация сделала свое грязное дело. И теперь каждый уважающий себя гик может почувствовать себя в роли мартышки. Я уже не говорю о реальной пользе, которую эти устройства могут и должны принести инвалидам и парализованным.

По вышеприведенной классификации Emotiv Epoc является мокрым непогружным BCI с пассивными электродами.

Заказывал через PayPal. За 3 дня сделал себе карточку от Альфабанка. Положил денюжшку. Еще через 7 дней он у меня был дома, пролетев почти полмира. Спасибо компании UPS за наше счастливое детство.

Приехал милый черный чемоданчик.

Внутри оказалось

Идем по списку

  1. С бумажками, я думаю, понятно, что все инструкции, программы и прочее можно скачать с сайта производителя, поэтому обошлись без дисков и флешек. Только гарантия и список того, что прислали.
  2. Электроды для присоединения к устройству. О них подробнее чуть ниже. Заказал 2 комплекта электродов, так как имею склонность что-нибудь разломать ради интереса.
  3. Само устройство. По размеру совпадает с наушниками, только дужка между ушами не сверху, а сзади. Устройство беспроводное.
  4. Зарядный USB-кабель для прибора, во время работы не требуется. Заряда аккумулятора по утверждениям производителей хватает на 7 часов. Мне так ни разу разрядить полностью прибор не удалось.
  5. Радиомодуль – собственно вторая часть беспроводного интерфейса для подключения к компьютеру. В принципе можно было сделать и на том же самом Bluetooth. Ну как сделали, так сделали. Возможно это уменьшает помехи. Знакомые спрашивали на счет радиоизлучений. Я вначале не нашел, хотел относить другим знакомым в лабораторию, чтобы прозвонили его. Потом нашел значки сертификации CE и UL. То есть для Европы и США оно подходит. Плюс, если бы слишком сильно фонило, то устройство мешало бы само себе. Так что думаю, проблем быть не должно.
  6. Жидкость для глазных линз – это стерильная жидкость для смачивания электродов. Так складываются обстоятельства, что сухие BCI работают несколько хуже, чем мокрые.

Процессор: 2.4 GHz Intel Pentium 4.
Оперативная память: 1 GB
Жесткий диск: 50 MB
Дополнительно: 1 или 2 USB-разъема, в зависимости от количества используемых устройств
Операционная система: Windows XP SP2, Windows Vista, Windows 7
Число датчиков: 14 шт
Тип датчиков: пассивные, мокрые
Гироскопы: 2 шт
Батарея: 7-12 часов без подзарядки
Соединение с компьютером: беспроводная радио связь
В наборе разработчика: SDK для разработки на C++, C#
В наборе исследователя: SDK исследователя, включащее в себя специальный графический пакет для анализа и обработки данных
Внутри каждой коробочки находится по 16 сменных электродов, которые вставляются в само устройство.

Ужасно неудобно их оттуда выковыривать. Но, как сделали, так сделали. Сам электрод довольно маленький.

Состоит он из двух частей. Собственно электрода и вкладки. У электрода золотое напыление, чтобы он не окислялся от влажности и для лучшего контакта.

Красными кружками на фотографии выделены выступы, о которые я и ободрал пальцы, когда выкручивал электроды из упаковки и вкручивал в устройство. Подумываю об изготовлении какого-нибудь ключа из пластика для упрощения своей жизни. Вкладка по структуре напоминает материал, из которого в фломастерах изготавливают сердечник и перо. Он хорошо держит жидкость, но при этом она не вытекает ручьем.

По размеру оно напоминает наушники. Только дужка у них не сверху, а сзади. Там же находится выключатель. Разъемов для датчиков на самом устройстве 18 штук. Датчиков 16, а в инструкции написано, что количество каналов равно 14. Объясняется это просто. Реальных каналов, по которым идет сигнал действительно 14. Еще два канала являются опорными. При работе BCI ловит электрические сигналы не только от мозга, но и от мышц – так называемая миограмма. Эти сигналы сильнее, чем от мозга и их нужно фильтровать. Для этого считывается дополнительный сигнал оттуда, где есть сигналы от мышц, но нет сигналов от мозга – это часто точки в височной области или районе ушей. Так как с каждой стороны возможны 2 варианта расположения опорных каналов (висок и за ухом), то получаем 4 дополнительных разъема для датчиков.

Если дословно следовать инструкции, то у меня подготовка к эксплуатации выглядела примерно следующим образом:

  1. Зарядил устройство. Скачал, установил софт/драйвера/SDK.
  2. Намочил датчики.
  3. Проверил, что хорошо намочил.
  4. Вкрутил датчики в устройство и ободрал себе пальцы.
  5. Проверил, не высохли ли они, если нужно намочил еще.
  6. Надел, включил, проверил связь, при необходимости намочил еще.
  7. Понял, что датчики у меня вообще сухие и то, что я делал до этого – даже не намачивание.
  8. Замочил датчики.

После указанных процедур оно сказало, что контакт есть. Долгая процедура намачивания объясняется тем, что материал вкладок впитывает ну очень много жидкости. Но при этом при надевании влажность практически не ощущается. Может совсем чуть-чуть в первые секунд 10 после одевания. Голова после всех процедур была совершенно сухая. Вообще, я довольно волосатый, поэтому волновался, что придется сбривать шевелюру для более надежного контакта. Слава богу, не пришлось. Так что лысые и бритые никаких преимуществ при использовании не имеют.
Наборы софта для разных поставок различаются. Шлемофон входит во все наборы.

  • В базовый набор так же входит диск с игрушками
  • В набор разработчика входит SDK, который можно скачать и установить сразу после оплаты — его я себе и заказал
  • В набор исследователя входит SDK исследователя и программа для слежения за сигналами на разных датчиках.
  • Остальные наборы отличаются только лицензиями, и тем, кому они предоставляются – учебным заведениям, исследовательским лабораториям, кампаниям по разработке игр…

Для того чтобы пользоваться BCI им нужно научиться пользоваться. Для этого разработчики предлагают несколько программ и несколько подходов.
Первая вкладка Headset Setup является основной. На ней проверяется вообще наличие связи, и проводится основная калибровка (может быть, где-то слабо намочили…). Каждый пользователь имеет свой собственный профиль, поэтому одним устройством могут пользоваться несколько человек.

В контрольной панели можно сразу наблюдать бонус – как система отлавливает те или иные сигналы от мышц. Это вторая вкладка – Expressiv Suite. Можно корчить себе рожи, подмигивать и система, действительно, на экране покажет, что Вы там изобразили. Еще к ним можно привязать те или иные сообщения, текстовые или смайлики, то есть Ваши смайлики будет реальным отражением Вашего состояния.

На третьей вкладке Affective Suite можно отслеживать во времени основные состояния и увидеть преобладающее.

На четвертой вкладке Congnitiv Suite можно поэкспериментировать. У нас есть кубик и 14 основных действий с ним (по числу степеней свободы вверх-вниз-вправо-влево-вперед-назад, 6 видов вращений вокруг осей в обе стороны, так же появление и пропадание). Уровень тренировки меняется от самого простого – 1 сигнал – до самого сложного – 4 сигнала. У меня после пары недель тренировок стало получаться делать одновременно 2 сигнала из 14 произвольных на выбор. Делать хоть один сигнал можно научиться буквально за пару минут. Можно помогать себе конечностями, размахивать, пыхтеть и делать другие смешные вещи.

На последней вкладке контрольной панели можно попробовать управлять мышкой.

Вспомогательная информационная панель

На ней можно включать и выключать отдельные электроды.

И привязывать эти электроды к конкретным действиям, чтобы тренировать конкретный навык. Так же на них показывается процент успешных или не очень успешных навыков, то есть можно следить за своим прогрессом.

Аналогичным образом можно тренировать свои навыки при помощи игр в комплекте. Первым идет набор миниигр на флеше их всего три.

Самая простая – это игры джедаев. Если помните эпизод в Звездных Войнах, когда Люку надо было вытащить свой истребитель из болота при помощи силы. Собственно, это игра – почувствуй себя Люком. Концентрируемся только на одном основном движении. Собственно, это тренировка концентрации.

Далее – пинг-понг против компьютера. Тут уже два движения. Вверх-вниз. Несколько кислотного зеленого цвета.

И последняя миниигра – это тетрис. Великий и могучий. 4 действия (вверх-вниз-вправо-влево). Запомните все. Никогда в жизни не играйте в тетрис своими мозгами. Оно затягивает и получается. Система такая – играешь как в обычный тетрис, нажимая на кнопки клавиатуры, а система в фоне учится распознавать. В какой-то момент времени оно приходит к выводу, что научилось и начинает дублировать. В этот момент начинается шоу с приколами. Особенно забавно выходит, когда ты хочешь сдвинуть фигуру в сторону, сигнал поступает от BCI, затем сигнал приходит по руке до пальца, и ты посылаешь второй сигнал, в итоге оно смещается в сторону 2 раза. Лечится снятием руки с клавиатуры и нажиманиями на пустое место.

Помимо вышеперечисленных есть 3D-игрушка о приключениях начинающего телепата. Написано на движке Unity3D. Там можно силой мысли поднимать камни и скалы, сгибать деревья, чинить мосты. К сожалению, корованов для ограбления я не нашел, но думаю они где-то есть. Зато есть несколько бодреньких старичков, которые научат вас всем премудростям телепатии. Фактически, это освоение тех же самых навыков, но только в игровой форме.

Есть еще несколько интересных тулз, например, карта активности мозга, которая позволяет смотреть различные ритмы мозга и активности областей. Что-нибудь записать, ну и так далее. SDK для программистов, как SDK для программистов, принимаем сигнал, обрабатываем его, делаем что-то по результатам обработки. Есть примеры использования, техническая документация, так что тут никаких замечаний нет. Примеры написаны на C++ с использованием Qt, OpenGL, DirectX, на C# с разными примочками, на Python. Есть небольшое сообщество разработчиков. Пока сделано все под Windows, так что пользователям и программистам других операционных систем следует использовать эмуляторы.

  1. Neural Impulse Actuator OCZ – девайс с тремя электродами ромбовидной формы, которые прикрепляются ко лбу на ленте. Устройство проводное и имеет специальную коробочку для подключения.
  2. NeuroSky – девайс с одним электродом, напоминающим микрофон, приставленный ко лбу. Проводной.
  3. Mindball – повязка на лоб с, как я понял, тремя электродами. Скорее это даже не компьютерный девайс, а независимый игровой. Поставляется вместе с чемоданом, в котором можно погонять шары наперегонки, что-то типа мозгового футбола. Проводной.
  4. Intendix – устройство для печати. Представляет собой шапочку и ноутбук, а так же специальную программу, при помощи которой можно набирать текст. Мокрый. Проводной. Его как раз сейчас показывают на CeBIT’е
  5. Нейробелт – 7 электродов, беспроводной, с активными электродами или Неокортекс – до 160 электродов, проводной. Используются для исследований.
  6. Вообще говоря, медицинские электроэнцефалографы различных производителей и их вариации.
  7. И еще много-много подобных им вещей.

  1. Вначале хотел сделать видео и фото себя любимого в девайсе в процессе изучения и использования, даже начал делать. Выкладывать не стал по одной простой причине, везде получился с каменным выражением лица на протяжении всего процесса.
  2. Немножко жмет в висках на мышцы, но, думаю, спустя некоторое время разойдется. И после активного использования некоторое время болит голова. Несильно, но болит. Думаю, это как с мышцами после тренировки.
  3. Нужно тренироваться. Есть такая штука как биологическая обратная связь. За пару недель, научиться многому нельзя. Точно так же как в свое время мы учились пользоваться компьютером, или водить машину, или кататься на велосипеде, так и тут, необходимо время для приобретения навыков.
  4. Своей цели относительно более или менее быстрой реакции в контре я достиг без девайса, так как продаваться он начал несколько позже, чем я рассчитывал. При помощи девайса стрелять тоже можно, причем довольно быстро, так как для стрельбы учитывается только один сигнал мозга, а этому обучиться можно за несколько минут. На счет того, могут ли нынешние устройства больше, я пока затрудняюсь сказать, может быть, еще не натренировался достаточно. Реакция на наличие/отсутствие сигнала почти стопроцентная, а вот комбинации сигналов или определение какого-то сигнала из набора пока оставляют желать лучшего.
  5. В большинстве случаев BCI – это резиновые шапочки или их вариации, которые используются в медицине, со специально написанным под это дело софтом. Некоторые продают всего пару электродов, другие модифицируют шапочку, чтобы она была покрасивей. А остальное – это дело техники и маркетинга, а так же программистов, которые будут писать под них ПО. Собственно, на мой взгляд, Emotiv Epoc и является вот такой стилизованной шапочкой. А, допустим, тот же самый Intendix, о котором упоминалось выше, является шапочкой, но с оригинальным софтом и нагрузкой в виде ноутбука.
  6. Некоторые из BCI очень хорошо могут использоваться в качестве HID-устройств и их аналогов.
  7. Мне понравилось.
  8. Будущее ну совсем уже почти здесь…

UPD Добавил по предложению ребят видео на TED

FAQ
Видеоприложение

Мозг — биологический интерфейс — Дом Солнца

Доктор психологических наук, кандидат медицинских наук, профессор Михаил Решетников уверен, что роль мозга в жизни человека должна быть пересмотрена. В новой системе представлений она у него будет более скромная — роль связующего звена между идеальным и реальным, или, выражаясь современным языком, биологического интерфейса. Михаил Решетников почти уверен, что кто-то из коллег обвинит его в богоискательстве, кто-то — в уходе в мистику. Ни то ни другое, как он подчеркивает, ему не близко.

Михаил Решетников проработал в медицине и в психотерапии тридцать лет. За это время от пациентов он услышал много рассказов о различных предчувствиях, которые затем сбывались, о том, как люди переживали на расстоянии болезнь ребенка, не зная о ней. А еще ученый слушал лекции зарубежных коллег о том, что с перерезанием пуповины биологическая связь между ребенком и матерью не прерывается. Неоднократно наблюдал он и за опытами экстрасенсов, считывавших информацию, которую они не знали и знать не могли. В результате Решетников высказал предположение, что наиболее вероятная роль мозга — это роль биологического интерфейса. То есть не более чем связующего звена между идеальной информацией, существующей вне тела, и реальным миром. Мир идеальной информации — особый. Мысль войти в него, как говорит Михаил Решетников, пугает: «Лично у меня она вызывает животный страх. Есть люди, утверждающие, что при помощи этого мира могут заглянуть в предыдущую жизнь, и говорят, что были даже случаи невозврата. Я предпочитаю не касаться таких вещей».

Наука всегда придавала сознанию очень большое значение. Но это далеко не вся психика, и даже не большая ее часть. Огромную часть информации мы усваиваем подсознательно и даже бессознательно. Как показали эксперименты по изучению подсознания, в психической деятельности человека важную роль играют быстрые и медленные нейроны. Когда мы о чем-то думаем, принимаем решение, в этом участвуют медленные нейроны. А когда возникает экстремальная ситуация, реакция реализуется с помощью быстрых нейронов. Мы сами еще не поняли, почему отскочили в сторону, и лишь потом только увидели, что прямо на нас несется машина.

Кроме того, было обнаружено, что самое активное монтирование информации в подсознании происходит тогда, когда она эмоционально окрашена, совпадает с переживаниями конкретного человека, а также находится вне центрального поля зрения.

«Множество фундаментальных открытий в области нервной деятельности предопределило знаменитое павловское учение о рефлексах, — поясняет Михаил Решетников. — Однако ни одно из последовавших открытий так и не смогло объяснить сложные формы целенаправленного поведения, мышления, творческих озарений и чувств». Сущность сугубо физиологических концепций сводилась практически к тому, что мозг может самостоятельно не только адекватно отвечать на внешние раздражения, но и… предвидеть будущее, активно строить планы своего поведения и реализовывать их в действии, что именно мозгу присуща функция «опережающего отражения действительности». Для личности уже практически не оставалось места — мозг сам строит планы и реализует их посредством тела. Не слишком ли много он на себя берет?

Разработки Ивана Павлова, вне всякого сомнения, были революционными и обосновали общие принципы логической обработки знаковой информации и интеллектуальных операций по заданному алгоритму. Сейчас уже все хорошо знакомы с компьютерами, но хотя эти умные машины и способны осуществлять сложнейшие операции, вряд ли кто-то будет утверждать, что процессор является аналогом психики. Михаил Решетников уверен, что вполне допустимо рассматривать его в качестве аналога мозга: «Если у вас хороший интерфейс, вы можете перерабатывать массу информации. Впрочем, многое зависит и от того, какие «настройки» он получил. Есть уже заложенные в него природой программы — математические, литературные, музыкальные способности. А есть вещи, которые закладываются в процессе образования. Фактически обучение — это программирование мозга».

Не секрет, что есть люди, которые живут исключительно в рамках того, что запрограммировано в их биологическом интерфейсе. Таким людям никогда не сделать открытий, не создать что-то гениальное. А есть люди, которые пытаются узнать то, чего не знают другие, они живут в постоянном поиске, то есть их мозг занимается тем, что еще Платон называл припоминанием знания.

Конечно, наследственность важна. Но чтобы чего-то достичь, человек должен не только обладать хорошим интерфейсом, но и прилежанием, и трудолюбием. «Знания открываются тем, кто ищет», — уверен Михаил Решетников.

Зигмунд Фрейд считал, что любая информация, чувство, эмоция не исчезают и не растворяются, они сохраняются, и называл это свойство законом сохранения психических содержаний. Но если, к примеру, это содержание вдруг оказывается мучительным для человека, психика пытается его трансформировать. Порой она с этим не справляется, и тогда происходит разрыв с реальностью. Это главный признак психического расстройства. По сути, поломка интерфейса. Психиатры уверены, что в интересах лечения и коррекции психических расстройств нужно воздействовать на мозг некими химическими веществами. «Но с таким же успехом, — говорит Михаил Решетников, — мы могли бы пытаться устранять сбои в программном обеспечении путем воздействия на «железо» компьютера какими-либо химическими веществами». Возможен ли ремонт интерфейса? Случаев окончательного выздоровления психически больных людей пока не известно. Те или иные препараты, назначенные человеку, уверен Решетников, не действуют на какое-то конкретное начало. Они подавляют яркость эмоций, переживаний, душевной боли. При длительном применении они фактически нивелируют личность. Через несколько лет лечения психических расстройств спросить, стало ли этой личности легче, уже не у кого. Потому что той личности, которую когда-то начали лечить, уже нет. Ее «деформировали». Михаил Решетников уверен: при лечении психически больных людей обязательно нужно учитывать эти моменты и влиять не на сам мозг, а прежде всего разбираться с той информацией, которая поступила и продолжает поступать в него из идеального мира. У любой душевной травмы есть собственная внутренняя динамика, она должна быть понята и пережита. И, возможно, лишь только после этого мозговой интерфейс человека сумеет вернуться к работе в нормальном режиме.

Мнения

Ограниченный набор

Юрий Сиволап, профессор Московской медицинской академии им. И. М. Сеченова, доктор медицинских наук:

— Мозг при всем многообразии его возможностей и всей индивидуальности у большинства людей может генерировать довольно ограниченное количество идей и представлений. Поэтому мысли, концепции и теории, которые могут возникнуть у любого человека в любой момент, когда-то уже появлялись. Нередко бывает так, что одна и та же научная идея при определенном уровне развития науки и техники приходит в голову сразу нескольким людям. Они потом будут оспаривать друг у друга пальму первенства. То, что называется «идея витает в воздухе». Однако это говорит не о том, что мозг подключен к некой общей сети по невидимым каналам, а о том, что в серое вещество при всем его колоссальном потенциале заложено сравнительно небольшое число реакций и возможных решений. То есть оно универсально для всего человеческого вида. Хотя встречаются и уникумы типа Альберта Эйнштейна. Они могут представлять по-настоящему оригинальные концепции. В остальном можно сказать, что у всех есть один и тот же набор. Поэтому и создается впечатление существования всемирного сознания.

Валерий Кувакин, член комиссии РАН по борьбе с лженаукой, доктор философских наук:

— Идея высшего разума не нова. Она немного моложе идей богов и всяких потусторонних сил. С развитием науки и техники эта гипотеза модернизируется. Не случайно сейчас проводят аналогии с различными явлениями из области компьютерных технологий. В итоге этот разум приобретает черты суперкомпьютера. Сама по себе эволюция этих идей говорит о том, что они умозрительны, спекулятивны. Они основаны не на опыте, а исключительно на усилии разума, подкрепленном ожиданием какого-то чуда. Считать эти идеи научными нельзя в принципе, потому что их нельзя ни подтвердить, ни опровергнуть.

Нейрокомпьютерный интерфейс

Безусловно, одной из самых популярных тем в нейронауке стал интерфейс «мозг-компьютер». Или BCI (Brain-Computer Interface), как это принято называть не только за границей, но и у нас. Что же это такое? Давайте разберемся и заодно узнаем, какие новейшие достижения в этом направлении уже есть.

Как это работает?

Для того чтобы «управление силой мысли» (как часто в прессе называют BCI) стало возможным, ученым сначала нужно было сделать несколько открытий. И, во-первых, выяснить, что наш мозг во время своей работы обладает электрической активностью.

Сам этот факт зафиксировал еще в далеком 1875 году англичанин Ричард Катон. Однако нужно было научиться эту активность регистрировать. Первый шаг сделал киевлянин Владимир Правдич-Нейминский, который сумел в 1912 году записать активность мозга у собаки. Правда, с открытого мозга, не через череп.

Классической электроэнцефалографии пришлось ждать еще 12 лет. В 1924 году немец Ханс Бергер записал первую в мире ЭЭГ и открыл альфа- и бета-ритмы мозга. Тогда же появились электроды, которые крепятся к коже, а не вводятся непосредственно в мозг. Правда, признания этого метода пришлось ждать долго. Только вмешательство Нобелевского лауреата, сэра Дугласа Эдриана, повторившего все эксперименты Бергера, заставило признать ЭЭГ во всем мире.

Затем нужно было понять, что можно научиться менять параметры ЭЭГ (как и другие параметры организма). И не только человек на это способен — в одном из экспериментов еще в 1960-х годах было показано, что ради еды крыса может менять давление в хвостовой артерии. А позже стало понятно, что шимпанзе может более-менее осознанно манипулировать активностью даже одного нейрона.

Нейрокомпьютерный интерфейс

Вот на этих принципах и знаниях и построены современные интерфейсы «мозг-компьютер». У человека снимается электрическая активность головного мозга, в то время как он мысленно выполняет определенное действие. Например, берет в руки шахматную фигуру и делает ход (мысленно! руки человека в это время находятся в покое). В электроэнцефалограмме компьютер пытается вычленить из ЭЭГ паттерны движения — общие элементы структуры активности мозга, характерные для конкретного элемента движения.

Затем электроды соединяются с устройством, которым нужно управлять: протезом, экзоскелетом, квадрокоптером, автомобилем, инвалидным креслом. И можно начинать точно так же думать о движении. Компьютер уже знает паттерны движения, но на этом этапе получается обратная связь — само движение. Тут уже можно его немного корректировать и таким образом «тренировать».

Нужно сказать, что для управления сложными движениями — речь идет о протезах — «обычной» ЭЭГ все-таки не хватит. Слишком много шумов, «каша» сигнала не дает возможности тонкой настройки движений. В сложных устройствах используются другие методы регистрации мозговой активности.

Настоящий прорыв в интерфейсах «мозг-компьютер» случился в 2012 году, когда Джон Донахью опубликовал статью, где описывался случай полностью парализованной пациентки, которой вживили 96 электродов на «чипе» 4×4 мм. При помощи этих электродов женщина сумела натренировать протез так, что роботическая рука брала емкость с водой и подносила ее ко рту оператора.

Пожалуй, именно с этого и начался бум подобных разработок. Конечно же, их ждут и все люди, потерявшие способность двигаться, и люди, желающие управлять чем-либо без помощи рук (в скобках отметим, что на чемпионате профессий World Skills нейропилотирование — управление транспортным средством при помощи интерфейса «мозг-компьютер» — уже вошло в программу).

Что нового в мире BCI?

Нейрокомпьютерный интерфейс: Brain-Computer Interface

Каждый год с этого времени в мире выходит очень много работ, которые можно по-настоящему назвать прорывными, выводящими интерфейсы «мозг-компьютер» на новый уровень.

Вот лишь три результата последнего года, которые открывают новые рубежи в исследованиях.

Шевеление одним пальцем. Ученые и инженеры из Университета Джонcа Хопкинса (США) в феврале опубликовали в журнале Journal of Neural Engineering отчет о создании первого протеза руки, управляемого BCI. На поверхность головного мозга пациента была имплантирована пластинка с 128 электродами, каждый из которых контролировал активность участка коры мозга 1 мм в диаметре.

При помощи этого интерфейса пациент смог шевелить отдельными пальцами руки независимо друг от друга. Правда, нужно быть честными — пока что испытания проводились не на ампутанте, а на пациенте с двумя руками, который шевелил пальцами подключенного к электродам протеза.

Авторы работы отмечают, что предыдущие версии протезов, использующих интерфейс «мозг-компьютер», конечно, могли шевелить пальцами, но делали только согласованные движения всей кистью: например, чтобы взять бутылку с водой или теннисный мяч.

Протез чувствует шероховатость. Швейцарские ученые из Высшей политехнической школы в Лозанне создали бионический протез пальца, который передает обратно в мозг информацию о текстурах поверхности.

Искусственный палец состоит из силиконового протеза, датчика и микросхемы, преобразующей сигналы датчиков в импульсы, «понятные» нервам.

В остаток левой руки тестировщика-ампутанта были имплантированы электроды, соединенные с периферической нервной системой. Подключив протез к своим электродам, испытатель «вслепую» ощупывал специально подготовленные пластиковые поверхности. В результате ему удалось правильно отличить гладкую поверхность от шершавой в 96 % случаев.

Макака-водитель. И, конечно же, самым выдающимся событием года можно назвать работу Мигеля Николелиса и Михаила Лебедева из Университета Дьюка (США), которые научили макак управлять инвалидной коляской при помощи интерфейса «мозг-компьютер».

Команда Николелиса работала с двумя макаками-резусами с 2012 года. В кору головного мозга обоих животных имплантировали тончайшие электроды, снимавшие электрическую активность отдельных нейронов.

Для обезьянок сконструировали специальную роботическую «каталку», в которой их жестко фиксировали. За исключением рук — ими они могли брать виноградины из миски, до которой нужно было добраться. Коляска могла управляться роботом по заданной программе или согласно сигналам, передаваемым по Wi-Fi.

Сначала макак (и сам интерфейс, конечно) «тренировали», катая их при помощи робота по заданному маршруту из трех разных начальных точек. Пути специально сделали петляющими, чтобы макаки смогли думать о движениях вбок и назад для коррекции собственных движений.

После этого каталку переключили на управление интерфейсом «мозг-компьютер». Поначалу макаки справлялись не очень хорошо, но затем, после тренировок, дело пошло гораздо лучше.

Алексей Паевский

Фото istockphoto.com

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *