Treptat, multe lucruri noi intră în viața noastră. Dezvoltarea tehnologiei nu stă pe loc, iar mâine poate fi posibil ceea ce ieri nu îndrăzneam să visăm. Interfața neurocomputer (NCI) realizează legătura dintre creierul uman și tehnologie, interacțiunea parțială a acestora.
Ce este NCI?
NCI este un sistem de schimb de informații între creierul uman și un dispozitiv electronic. Schimbul poate fi bidirecțional, când impulsurile electrice vin de la dispozitiv către creier și invers, sau unidirecțional, când un singur obiect primește informații. În termeni mai simpli, NCI este ceea ce se numește „managementul puterii gândirii”. O descoperire foarte importantă, care este deja folosită pe scară largă în multe domenii ale vieții.
Cum funcționează NCI?
Neuronii creierului își transmit informații unul altuia folosind impulsuri electrice. Aceasta este o rețea foarte complexă și complicată pe care oamenii de știință nu o pot analiza încă pe deplin. Dar, cu ajutorul NCI, a devenit posibil să citiți o parte din informațiile impulsurilor creierului și să o transferați pe dispozitive electronice. Ei, la rândul lor, se pot transformaimpulsurile în acțiune.
Istoria studierii NCI
Este de remarcat faptul că lucrările omului de știință rus IP Pavlov asupra reflexelor condiționate au devenit baza dezvoltării interfeței NC. De asemenea, un rol important în studiul NCI l-a jucat propria lucrare asupra rolului de reglare al cortexului cerebral. Cercetările lui IP Pavlov au avut loc la începutul secolului al XX-lea la Institutul de Medicină Experimentală din Sankt Petersburg. Mai târziu, ideile lui Pavlov în direcția interfeței NC au fost dezvoltate de fiziologul sovietic P. K. Anokhin și neurofiziologul sovietic și rus N. P. Bekhtereva. Cercetarea globală NCI a început abia în anii 1970 în Statele Unite. Experimentele au fost efectuate pe maimuțe, șobolani și alte animale. În cursul cercetărilor, oamenii de știință care lucrează cu maimuțe experimentale au descoperit că anumite zone ale creierului sunt responsabile pentru mișcările membrelor lor. De la această descoperire, soarta ulterioară a NCI a fost pecetluită.
Electroencefalografie (EEG)
Electroencefalografia este o metodă de citire a impulsurilor electronice ale creierului prin atașarea neinvazivă a electrozilor la capul unei persoane. O metodă neinvazivă este o metodă prin care electrozii sunt atașați la capul unei persoane sau al unui animal, fără introducere directă în cortexul cerebral. Metoda EEG a apărut cu relativ mult timp în urmă și a adus o mare contribuție la dezvoltarea interfeței creier-calculator. Metoda EEG este folosită și astăzi, deoarece este ieftină și eficientă.
Etape ale NCI
Informațiile care provin din creierul uman sunt procesatedispozitiv electronic în patru pași:
- Primire semnal.
- Pretratament.
- Interpretarea și clasificarea datelor.
- Ieșire de date.
Prima etapă
În prima etapă, electrozii sunt fie introduși direct în cortexul cerebral (metoda invazivă), fie atașați la suprafața capului (metoda neinvazivă). Începe procesul de citire a informațiilor din celulele creierului. Electrozii colectează date de la sistemele individuale de neuroni responsabili de diferite acțiuni.
Pretratament
La a doua etapă a interfeței creier-calculator, semnalele primite sunt preprocesate. Dispozitivul extrage caracteristicile semnalului pentru a simplifica compoziția complexă a datelor, pentru a elimina informațiile inutile și zgomotul care interferează cu semnalele clare ale creierului.
A treia etapă
La a treia etapă a interfeței NDT, informațiile sunt interpretate din impulsuri electrice într-un cod digital. Ea denotă o acțiune, un semnal la care creierul i-a dat. Codurile rezultate sunt apoi clasificate.
Ieșire de date
Ieșirea informațiilor are loc în a patra etapă. Datele digitizate sunt transmise unui dispozitiv conectat la creier, care execută o comandă dată mental.
Neuroprotetice
Una dintre principalele domenii de implementare a interfeței creierului este medicina. Protezele neuronale sunt concepute pentru a restabili legătura dintre creierul uman și acțiunea organelor acestuia, pentru a înlocui organele afectate de boală sau leziune, cu restabilirea ulterioară a funcțiilor unui organism sănătos. NCI poate fi deosebit de bun pentru persoanele cu paralizie sau pierderea membrelor. În utilizarea protezelor neuronale, se utilizează principiul de funcționare al interfeței creier-calculator. Pentru a spune foarte simplu, o persoană este echipată cu brațe sau picioare protetice, din care implanturile electronice duc în zona creierului responsabilă de mișcarea acestui membru. Neuroprotezele au trecut multe teste, dar dificultatea utilizării sale în masă constă în faptul că NCI nu poate citi pe deplin semnalele creierului, iar controlul protezelor în viața de zi cu zi în afara laboratorului este dificil. În urmă cu câțiva ani, Rusia dorea să stabilească producția de neuroproteze, dar până acum acest lucru nu a fost implementat.
proteze auditive
Dacă membrele protetice nu au apărut încă pe piața de masă, atunci implantul cohlear (o proteză care ajută la restabilirea auzului) este folosit de mult timp. Pentru a-l primi, pacientul trebuie să aibă un grad pronunțat de hipoacuzie neurosenzorială (adică o astfel de hipoacuzie în care capacitatea aparatului auditiv de a primi și analiza sunetele este afectată). Restaurarea auzului cu un implant cohlear este utilizată atunci când un aparat auditiv convențional nu dă rezultatele așteptate. Implantul este implantat în aparatul urechii și în partea adiacentă a capului ca rezultat al unei operații chirurgicale. Ca orice altă interfață creier-mașină, un implant cohlear trebuie să se potrivească complet purtătorului. Pentru a învăța cum să-l folosească și a începe să perceapă implantul ca pe o ureche nouă, pacientul trebuie să fie supus unui curs lung de reabilitare.
Viitorul NCI
Recent, puteți auzi și citi despre inteligența artificială peste tot. Aceasta înseamnă că visul multor oameni devine realitate - în curând creierul nostru va intra în simbioză cu tehnologia. Fără îndoială, aceasta va fi o nouă eră în dezvoltarea omenirii. Nou nivel de cunoștințe și oportunități. Datorită interfeței creier-calculator, un număr mare de descoperiri noi și importante vor apărea în multe domenii ale științei. Pe lângă faptul că este utilizat în scopuri medicale, NCI poate deja conecta utilizatorul la dispozitive de realitate virtuală. Cum ar fi mouse-ul computerului virtual, tastatura, personajele din jocurile de realitate virtuală etc.
Management fără mâini
Sarcina principală a interfeței neurocomputerului este de a găsi posibilitatea de a controla echipamentul fără ajutorul mușchilor. Descoperirile din această zonă le vor oferi persoanelor cu paralizie mai multe oportunități în mișcare, conducere și gadgeturi. Deja acum NCI combină perfect creierul uman și inteligența artificială a computerului. Acest lucru a devenit posibil datorită unui studiu profund al principiilor creierului uman. Pe baza lor sunt compilate programe pe care funcționează NCI și inteligența artificială.
NTI în robotică
De când oamenii de știință au aflat că anumite zone ale creierului sunt responsabile pentru mișcarea mușchilor, ei au avut imediat ideea că creierul uman poate controla nu numai propriul corp, ci și o mașină umanoidă. Multe mașini robotizate diferite sunt create acum. Inclusiv umanoizi. Robotiștii se străduiesc în lucrările lor umanoideimita comportamentul oamenilor reali. Dar până acum, programarea și inteligența artificială fac față acestei sarcini puțin mai rău decât NCI. Folosind interfața NC, puteți controla membrele robotice de la distanță. De exemplu, în locurile în care accesul omului este imposibil. Sau în locuri de muncă care necesită precizie pentru bijuterii.
NCI pentru paralizie
Fără îndoială, cea mai solicitată este interfața creier-calculator în medicină. Controlul brațelor, picioarelor protetice, controlul unui scaun cu rotile cu mintea, gestionarea informațiilor din smartphone-uri, computere fără mâini etc. Dacă aceste inovații devin omniprezente, nivelul de trai al persoanelor care în prezent sunt limitate în capacitatea de mișcare se va îmbunătăți. Creierul va transmite imediat comenzi către dispozitive, ocolind corpul, ceea ce va ajuta o persoană cu dizabilități să se adapteze mai bine la mediu. Dar atunci când încearcă neuroproteze, specialiștii se confruntă cu unele probleme pentru care nu le găsesc soluții până în prezent.
Pro și dezavantaje ale interfeței creier-calculator
În ciuda faptului că utilizarea interfeței NC are multe avantaje, există și dezavantaje în utilizarea acesteia. Un avantaj în dezvoltarea NCI în medicină este faptul că creierul uman (în special cortexul său) se adaptează foarte bine la schimbări, datorită cărora posibilitățile interfeței NCI sunt aproape nelimitate. Întrebarea se află doar în spatele dezvoltării și descoperirii de noi tehnologii. Dar există câteva probleme aici.
Incompatibilitatea țesuturilor corpului cu dispozitivele
În primul rând, dacă intriimplanturile intr-un mod invaziv (in interiorul tesuturilor), este foarte dificil sa se realizeze compatibilitatea deplina a acestora cu tesuturile pacientului. Acele materiale și fibre care trebuie să fie complet implantate în țesutul organic sunt doar create.
Tehnica imperfectă în comparație cu creierul
În al doilea rând, electrozii sunt încă mult mai simpli decât neuronii creierului. Ei nu sunt încă capabili să transmită și să primească toate informațiile pe care celulele nervoase ale creierului le pot gestiona cu ușurință. Prin urmare, mișcarea membrelor unei persoane sănătoase este mult mai rapidă și mai precisă decât mișcarea neuroprotezelor, iar o ureche sănătoasă percepe sunetele mai clar și mai corect decât o ureche cu implant cohlear. Dacă creierul nostru știe ce informații să filtreze și ce să considere ca fiind cea principală, atunci în dispozitivele cu inteligență artificială acest lucru este realizat de algoritmi scrisi de om. Până când vor putea replica algoritmii complecși ai creierului uman.
Prea multe variabile de controlat
Unele institute științifice plănuiesc în viitorul apropiat să creeze nu o neuroproteză separată a unui picior sau braț, ci un întreg exoschelet pentru persoanele cu paralizie cerebrală. Cu această formă de proteză, exoscheletul trebuie să primească informații nu numai de la creier, ci și de la măduva spinării. Cu un astfel de dispozitiv, conectat la toate terminațiile nervoase importante ale corpului, o persoană poate fi numită un adevărat cyborg. Purtarea unui exoschelet va permite unei persoane complet paralizate să-și recapete capacitatea de mișcare. Dar problema este că implementarea mișcării nu este tot ceea ce se cere de la NCI. Exoschelettrebuie sa tina cont si de echilibru, coordonarea miscarilor, orientarea in spatiu. În timp ce sarcina de a implementa simultan toate aceste comenzi este dificilă.
Frica oamenilor de noul
Metoda neinvazivă de plasare a implantului este eficientă în condiții de laborator, dar în viața obișnuită este puțin probabil ca această metodă să răspundă așteptărilor puse asupra ei. Contactul cu o astfel de conexiune este slab, este folosit în principal pentru citirea semnalelor. Prin urmare, în medicină și în neuroproteză, de regulă, ei folosesc metoda chirurgicală de introducere a electrozilor în organism. Dar puțini oameni vor fi de acord să-și combine corpul și tehnica necunoscută. După ce au auzit despre terminatorii și cyborgii din filmele de la Hollywood, oamenilor le este frică de progres și inovații, mai ales atunci când se referă direct la o persoană.
