Неврокомпютърен интерфейс: принцип на работа, области на приложение, предимства и недостатъци

Много нови неща бавно навлизат в живота ни. Технологиите се движат напред и утре може да е възможно да постигнем неща, за които вчера не смеехме да мечтаемһттр://.... Неврокомпютърният интерфейс (НКИ) е това, което осъществява връзката между човешкия мозък и машините, тяхното частично взаимодействие.

Какво е NKI?

NKI е система за обмен на информация между човешкия мозък и електронно устройство. Обменът може да бъде двупосочен, при който електрическите импулси преминават от устройството към мозъка и обратно, или еднопосочен, при който информацията се получава само от един обект. Казано по-просто, НКИ е така нареченият "контрол над съзнанието". Много важно откритие, което вече се използва широко в много области на живота.

Как работи NKI?

Мозъчните неврони изпращат информация помежду си с помощта на електрически импулси. Това е много сложна и заплетена мрежа, която учените все още не са успели да анализират напълно. Но с помощта на НКИ стана възможно да се разчитат част от мозъчните импулси и да се прехвърлят към електронни устройства. Те от своя страна от своя страна, могат да превръщат импулсите в действия.

История на проучването SKI

Заслужава да се отбележи, че в основата на разработването на НКИ е работата на руския учен И. П. Теорията на Павлов за условните рефлекси. Работата му върху регулаторната роля на мозъчната кора също играе важна роля в изследването на ИЦН. I. П. Павлова в началото на ХХ век в Института по експериментална медицина в Санкт Петербург. По-късно идеите на Павлов в посока на НКИ са развити от съветския физиолог П.. К. Анохин и съветският и руски неврофизиолог Н. П. Бехтерева. Глобалните изследвания на НКИ започват едва през 70-те години на миналия век в САЩ. Проведени са експерименти с маймуни, плъхове и други животни. Учени, работещи с опитни маймуни, са установили, че някои области на мозъка са отговорни за движенията на крайниците. След това откритие се решава по-нататъшната съдба на NCI.

Електроенцефалография (ЕЕГ)

Електроенцефалографията е метод за отчитане на електронните импулси на мозъка чрез неинвазивно поставяне на електроди към човешката глава. Неинвазивен метод е този, при който електродите се прикрепят към главата на човека или животното, без да се въвеждат директно в мозъчната кора. Методът на ЕЕГ е сравнително нов и е допринесъл значително за развитието на неврокомпютърния интерфейс. Методът на ЕЕГ се използва и днес, тъй като е евтин и ефективен.

Етапи на НКИ

Информацията, постъпваща от човешкия мозък, се обработва от електронно устройство на четири етапа:

1. Приемане на сигнала.
2. Предварителна обработка.
3. Тълкуване и класифициране на данни.
4. Извеждане на данни.

Първи етап

На първия етап електродите се поставят директно в мозъчната кора (инвазивен метод) или се прикрепят към повърхността на главата (неинвазивен метод). Процесът на четене на клетъчна информация започва мозък. Електродите събират данни от отделни невронни системи, отговорни за различни действия.

Предварителна обработка

Вторият етап на интерфейса мозък-компютър е предварителната обработка на получените сигнали. Устройството извлича характеристиките на сигналите, за да опрости сложния състав на данните, да премахне чуждата информация и шума, които пречат на ясното идентифициране на мозъчните сигнали.

Трета стъпка

На третия етап интерфейсът NK интерпретира информацията от електрическите импулси в цифров код. Той показва действието, за което мозъкът е дал сигнал. След това получените кодове се класифицират.

Извеждане на данни

Извеждането на информацията става на четвъртия етап. Цифровите данни се изпращат до устройство, свързано с мозъка, което изпълнява зададена от ума команда.

Невропротезиране

Една от основните области на приложение на мозъчния интерфейс е медицината. Невронните протези имат за цел да възстановят комуникацията между човешкия мозък и действието на неговите органи, като заместят органите, увредени от болест или травма, след което възстановяват функциите здравословен тяло. NKI могат да помогнат особено на хора с парализа или загуба на крайници. При използването на невронни протези има принцип на работа неврокомпютърен интерфейс. Най-просто казано, на човека се поставят протези за ръце или крака, от които се поставят електронни импланти до областта на мозъка, която отговаря за движението на съответния крайник. Невропротезите са били широко тествани, но трудността при масовата им употреба е, че НКИ не може да разчита напълно мозъчните сигнали и работата с протезите в нормалния живот извън лабораторията е трудна. Преди няколко години Русия искаше да създаде производство на невронни протези, но това все още не е осъществено.

Слухови апарати

Докато протезите за крайници все още не са на масовия пазар, кохлеарният имплант (протеза, която помага за възстановяване на слуха) се използва от доста време. За да получи имплант, пациентът трябва да има тежка сензорно-неврална загуба на слуха (т.е. загуба на слуха от този мащаб), в която Способността на слуховия апарат да улавя и анализира звуци е нарушена). Рехабилитацията на слуха с кохлеарен имплант е възможна, ако не може да се използва конвенционален слухов апарат очакваните резултати. Имплантът се имплантира в ухото и съседната част на главата в резултат на операция. Подобно на всеки друг невронен интерфейс, кохлеарният имплант трябва да бъде идеално съчетан с потребителя. Трябва да преминете през дълъг период на рехабилитация, преди да се научите да го използвате и да започнете да приемате импланта като ново ухо.

Бъдещето на SCI

Напоследък навсякъде се говори и чете за изкуствен интелект. Това означава, че мечтата на много хора ще се сбъдне - скоро мозъците ни ще бъдат в симбиоза с технологиите. Това несъмнено ще бъде нова ера в човешкото развитие. Ново ниво на знания и способности. Благодарение на мозъчно-компютърния интерфейс ще бъдат направени много нови и важни открития в много области на науката. В допълнение към медицинските приложения, NKI вече може да свързва потребителя с устройства за виртуална реалност. Например виртуална компютърна мишка, клавиатура, герои в игри с виртуална реалност и др. д.

Управление със свободни ръце

Предизвикателството пред неврокомпютърния интерфейс е да се намери начин за управление на технологиите без използване на мускули. Откритията в тази област ще дадат на хората с парализа на крайниците по-голяма възможност да се движат, да управляват превозни средства и приспособления. Още сега NCI безпроблемно интегрира човешкия мозък и компютърния изкуствен интелект. Това е възможно благодарение на задълбочен за да научите как работи човешкият мозък. На тази основа са съставени програмите, с които работят НКИ и изкуственият интелект.

NKI в роботиката

Тъй като учените са открили, че определени области на мозъка са отговорни за движението на мускулите, веднага им хрумва идеята, че човешкият мозък може да контролира не само собственото си тяло, но и да управлява хуманоидна машина. В момента се създават много различни роботизирани машини. Включително хуманоиди. Роботиката се стреми да възпроизведе поведението на живи хора в тяхната работа, подобна на човешката. Но досега програмирането и изкуственият интелект се справят малко по-добре от NKI. NKI могат да се използват за управление на роботизирани крайници от разстояние. Например на места, където не е възможен достъп на хора. Или при работа, която изисква прецизност.

NCI за парализа

Несъмнено най-популярен е неврокомпютърният интерфейс в медицината. Управление на протези на ръце и крака, мислено управление на инвалидни колички, управление на информацията в смартфони, компютри без ръце и др. д. Ако тези иновации станат широко разпространени, ще се увеличи броят на качество на живот на хората, които в момента са ограничени по отношение на мобилността. Мозъкът незабавно ще изпраща команди към устройствата, заобикаляйки тялото, което ще помогне на човека с увреждания да се адаптира по-добре в околната среда. Но в опитите си за невропротезиране специалистите са се сблъскали с някои проблеми, които не са решени и до днес.

Плюсове и минуси на неврокомпютърния интерфейс

Въпреки че използването на интерфейса NK има много предимства, има и недостатъци. Плюс в развитието на NKI в медицината е фактът, че човешкият мозък (особено кората на главния мозък) се адаптира много добре към промените, така че възможностите на NKI са почти неограничени. Въпросът е само да се разработят и открият нови технологии. Но има някои проблеми.

Несъвместимост на телесната тъкан с изделията

Първо, ако имплантите се имплантират инвазивно (в тъканта), е много трудно да се постигне пълна съвместимост с тъканта на пациента. Материалите и влакната, които трябва да се имплантират изцяло в органична тъкан, се създават само.

Несъвършенството на техниката в сравнение с мозъка

Второ, електродите са много по-сложни от мозъчните неврони. Те все още не са в състояние да предават и приемат цялата информация, която мозъчните нервни клетки могат лесно да обработват. Затова движението на крайниците на здраво човешко същество Първата е, че ухото може да се движи много по-бързо и по-точно от невронните импланти, а здравото ухо може да възприема звука по-ясно и правилно от ухото с кохлеарен имплант. Докато мозъкът ни знае коя информация да филтрира и коя да приоритизира, устройствата с изкуствен интелект имат алгоритми, написани от хора, които правят същото. Докато не успеят да възпроизведат сложните алгоритми на човешкия мозък.

Голям брой променливи, които трябва да бъдат контролирани

Някои изследователски институти планират в близко бъдеще да създадат не единична невронна протеза на крака или ръката, а цял екзоскелет за хора с церебрална парализа. При тази форма на протеза екзоскелетът трябва да получава информация не само от мозъка, но и от гръбначния стълб. С това устройство, свързано с всички жизненоважни нервни окончания на тялото, човек може да се нарече истински киборг. Носенето на екзоскелет ще позволи на напълно парализиран човек да възстанови способността си да се движи. Но проблемът е, че реализирането на движение не е всичко, което се изисква от НКИ. Екзоскелетът трябва също така да отчита баланса, координацията и пространствената ориентация. Досега задачата да се изпълняват всички тези команди едновременно е трудна.

Страхът на хората от новото

Неинвазивните импланти са ефективни в лабораторни условия, но е малко вероятно да работят в реалния живот. Контактът е хлабав; използва се за главно за Отчитане на сигнала. Затова в медицината и невропротезирането обикновено се използва хирургичен метод за въвеждане на електроди в тялото. Но не са много хората, които искат да комбинират телата си с техника, която не са виждали досега. След като са чували за терминатори и киборги в холивудските филми, хората се страхуват от прогреса и иновациите, особено когато те засягат пряко хората.