Stopniowo wiele nowych rzeczy wkracza w nasze życie. Rozwój technologii nie stoi w miejscu, a jutro może być możliwe to, o czym wczoraj nie odważyliśmy się marzyć. Interfejs neurokomputerowy (NCI) urzeczywistnia połączenie między ludzkim mózgiem a technologią, ich częściową interakcję.
Co to jest NCI?
NCI to system wymiany informacji między ludzkim mózgiem a urządzeniem elektronicznym. Wymiana może być dwustronna, gdy impulsy elektryczne docierają z urządzenia do mózgu i odwrotnie, lub jednokierunkowa, gdy tylko jeden obiekt otrzymuje informacje. Mówiąc prościej, NCI to tak zwane „zarządzanie siłą myśli”. Bardzo ważne odkrycie, które jest już szeroko stosowane w wielu dziedzinach życia.
Jak działa NCI?
Neurony mózgu przekazują sobie informacje za pomocą impulsów elektrycznych. Jest to bardzo złożona i skomplikowana sieć, której naukowcy nie mogą jeszcze w pełni przeanalizować. Ale z pomocą NCI stało się możliwe odczytanie części informacji o impulsach mózgowych i przeniesienie ich do urządzeń elektronicznych. Oni z kolei mogą się zmieniaćimpulsy do działania.
Historia studiów NCI
Warto zauważyć, że prace rosyjskiego naukowca IP Pavlova dotyczące odruchów warunkowych stały się podstawą opracowania interfejsu NC. Ważną rolę w badaniu NCI odegrała również jego własna praca na temat regulacyjnej roli kory mózgowej. Badania IP Pawłowa miały miejsce na początku XX wieku w Instytucie Medycyny Doświadczalnej w Petersburgu. Później pomysły Pawłowa w kierunku interfejsu NC zostały opracowane przez radzieckiego fizjologa P. K. Anokhina oraz radzieckiego i rosyjskiego neurofizjologa N. P. Bekhtereva. Globalne badania NCI rozpoczęły się dopiero w latach 70. w Stanach Zjednoczonych. Eksperymenty przeprowadzono na małpach, szczurach i innych zwierzętach. W trakcie badań naukowcy pracujący z eksperymentalnymi małpami odkryli, że pewne obszary mózgu odpowiadają za ruchy ich kończyn. Od tego odkrycia dalszy los NCI został przesądzony.
Elektroencefalografia (EEG)
Elektroencefalografia to metoda odczytywania elektronicznych impulsów mózgu poprzez nieinwazyjne przymocowanie elektrod do głowy osoby. Metoda nieinwazyjna to metoda, w której elektrody mocuje się do głowy osoby lub zwierzęcia, bez bezpośredniego wprowadzania do kory mózgowej. Metoda EEG pojawiła się stosunkowo dawno temu i wniosła duży wkład w rozwój interfejsu mózg-komputer. Metoda EEG jest nadal stosowana, ponieważ jest niedroga i skuteczna.
Etapy NCI
Informacje pochodzące z ludzkiego mózgu są przetwarzaneurządzenie elektroniczne w czterech krokach:
- Odbierz sygnał.
- Obróbka wstępna.
- Interpretacja i klasyfikacja danych.
- Wyjście danych.
Pierwszy etap
W pierwszym etapie elektrody są wprowadzane bezpośrednio do kory mózgowej (metoda inwazyjna) lub mocowane do powierzchni głowy (metoda nieinwazyjna). Rozpoczyna się proces odczytywania informacji z komórek mózgowych. Elektrody zbierają dane z poszczególnych układów neuronów odpowiedzialnych za różne działania.
Obróbka wstępna
Na drugim etapie interfejsu mózg-komputer odbierane sygnały są wstępnie przetwarzane. Urządzenie wyodrębnia charakterystykę sygnału, aby uprościć złożoną kompozycję danych, wyeliminować niepotrzebne informacje i szumy, które zakłócają wyraźne sygnały mózgowe.
Trzeci etap
Na trzecim etapie interfejsu NDT informacje są interpretowane z impulsów elektrycznych na kod cyfrowy. Oznacza działanie, sygnał, któremu mózg dał. Otrzymane kody są następnie klasyfikowane.
Wyjście danych
Wyprowadzanie informacji następuje na czwartym etapie. Zdigitalizowane dane są wysyłane do urządzenia podłączonego do mózgu, które wykonuje polecenie wydane mentalnie.
Neuroprotetyka
Jednym z głównych obszarów wdrażania interfejsu mózgowego jest medycyna. Protezy nerwowe mają na celu przywrócenie połączenia między mózgiem człowieka a pracą jego narządów, wymianę narządów uszkodzonych przez chorobę lub uraz, a następnie przywrócenie funkcji zdrowego organizmu. NCI może być szczególnie dobry dla osób z paraliżem lub utratą kończyn. W zastosowaniu protez nerwowych wykorzystywana jest zasada działania interfejsu mózg-komputer. Mówiąc najprościej, człowiek wyposażony jest w protezy rąk lub nóg, z których elektroniczne implanty prowadzą do obszaru mózgu odpowiedzialnego za ruch tej kończyny. Neuroprotetyka przeszła wiele testów, jednak trudność jej masowego stosowania polega na tym, że NCI nie potrafi w pełni odczytać sygnałów mózgowych, a sterowanie protezami w życiu codziennym poza laboratorium jest trudne. Kilka lat temu Rosja chciała uruchomić produkcję neuroprotez, ale jak dotąd nie zostało to wdrożone.
Protezy słuchu
Jeżeli protezy kończyn nie pojawiły się jeszcze na rynku masowym, to implant ślimakowy (proteza, która pomaga przywrócić słuch) jest używany od dawna. Aby go otrzymać, pacjent musi mieć wyraźny stopień ubytku słuchu odbiorczego (to znaczy takiego ubytku słuchu, w którym zdolność aparatu słuchowego do odbierania i analizowania dźwięków jest upośledzona). Odbudowę słuchu za pomocą implantu ślimakowego stosuje się, gdy konwencjonalny aparat słuchowy nie daje oczekiwanych rezultatów. Implant wszczepia się do aparatu ucha i przyległej części głowy w wyniku operacji chirurgicznej. Jak każdy inny interfejs mózg-maszyna, implant ślimakowy musi całkowicie pasować do użytkownika. Aby nauczyć się go używać i zacząć postrzegać implant jako nowe ucho, pacjent musi przejść długą rehabilitację.
Przyszłość NCI
Niedawno wszędzie można usłyszeć i przeczytać o sztucznej inteligencji. Oznacza to, że spełnia się marzenie wielu osób – już niedługo nasz mózg wejdzie w symbiozę z technologią. Niewątpliwie będzie to nowa era w rozwoju ludzkości. Nowy poziom wiedzy i możliwości. Dzięki interfejsowi mózg-komputer w wielu dziedzinach nauki pojawi się wiele nowych i ważnych odkryć. Oprócz zastosowania w celach medycznych, NCI może już łączyć użytkownika z urządzeniami wirtualnej rzeczywistości. Takie jak wirtualna mysz komputerowa, klawiatura, postacie w grach wirtualnej rzeczywistości itp.
Zarządzanie bez rąk
Głównym zadaniem interfejsu neurokomputera jest znalezienie możliwości sterowania sprzętem bez pomocy mięśni. Odkrycia w tej dziedzinie dadzą osobom sparaliżowanym więcej możliwości poruszania się, jazdy i gadżetów. Już teraz NCI płynnie łączy ludzki mózg i komputerową sztuczną inteligencję. Stało się to możliwe dzięki dogłębnej analizie zasad działania ludzkiego mózgu. To na ich podstawie kompilowane są programy, na których działają NCI i sztuczna inteligencja.
NTI w robotyce
Odkąd naukowcy odkryli, że pewne obszary mózgu są odpowiedzialne za ruch mięśni, od razu wpadli na pomysł, że ludzki mózg może kontrolować nie tylko własne ciało, ale także sterować humanoidalną maszyną. Obecnie powstaje wiele różnych zrobotyzowanych maszyn. W tym humanoidy. Robotycy dążą do swoich humanoidalnych pracnaśladuj zachowanie prawdziwych ludzi. Ale na razie programowanie i sztuczna inteligencja radzą sobie z tym zadaniem nieco gorzej niż NCI. Za pomocą interfejsu NC możesz sterować kończynami robota na odległość. Na przykład w miejscach, do których dostęp człowieka jest niemożliwy. Lub w pracach wymagających precyzji jubilerskiej.
NCI dla paraliżu
Niewątpliwie najbardziej poszukiwany jest interfejs mózg-komputer w medycynie. Kontrolowanie protez rąk, nóg, sterowanie umysłem wózka inwalidzkiego, zarządzanie informacjami w smartfonach, komputerach bez rąk itp. Jeśli te innowacje staną się wszechobecne, poprawi się standard życia osób, które obecnie mają ograniczone możliwości poruszania się. Mózg natychmiast przekaże polecenia urządzeniom, omijając ciało, co pomoże osobie z niepełnosprawnością lepiej przystosować się do otoczenia. Jednak próbując neuroprotetyki, specjaliści napotykają pewne problemy, na które do dziś nie mogą znaleźć rozwiązania.
Wady i zalety interfejsu mózg-komputer
Pomimo wielu zalet korzystania z interfejsu NC, istnieją również wady w jego użyciu. Zaletą w rozwoju NCI w medycynie jest fakt, że mózg człowieka (zwłaszcza jego kora) bardzo dobrze przystosowuje się do zmian, dzięki czemu możliwości interfejsu NCI są niemal nieograniczone. Pytanie jest tylko za rozwojem i odkrywaniem nowych technologii. Ale są tutaj pewne problemy.
Niezgodność tkanek ciała z urządzeniami
Najpierw, jeśli wpiszeszimplanty w sposób inwazyjny (wewnątrz tkanek), bardzo trudno jest uzyskać ich pełną kompatybilność z tkankami pacjenta. Te materiały i włókna, które muszą być w pełni wszczepione w tkankę organiczną, dopiero powstają.
Niedoskonała technika w porównaniu z mózgiem
Po drugie, elektrody są nadal znacznie prostsze niż neurony mózgowe. Nie są jeszcze w stanie przekazywać i odbierać wszystkich informacji, z którymi komórki nerwowe mózgu mogą sobie poradzić z łatwością. Dlatego ruch kończyn zdrowej osoby jest znacznie szybszy i dokładniejszy niż ruch neuroprotez, a zdrowe ucho odbiera dźwięki wyraźniej i dokładniej niż ucho z implantem ślimakowym. Jeśli nasz mózg wie, jakie informacje odfiltrować, a które uznać za główne, to w urządzeniach ze sztuczną inteligencją robią to algorytmy napisane przez człowieka. Dopóki nie będą w stanie odtworzyć złożonych algorytmów ludzkiego mózgu.
Zbyt wiele zmiennych do kontrolowania
Niektóre instytuty naukowe planują w najbliższej przyszłości stworzenie nie oddzielnej neuroprotezy nogi lub ręki, ale całego egzoszkieletu dla osób z porażeniem mózgowym. Przy tej formie protezy egzoszkielet musi otrzymywać informacje nie tylko z mózgu, ale także z rdzenia kręgowego. Dzięki takiemu urządzeniu, połączonemu ze wszystkimi ważnymi zakończeniami nerwowymi ciała, osobę można nazwać prawdziwym cyborgiem. Noszenie egzoszkieletu pozwoli całkowicie sparaliżowanej osobie odzyskać zdolność poruszania się. Problem polega jednak na tym, że wdrożenie ruchu to nie wszystko, czego wymaga się od NCI. Egzoszkieletmusi również brać pod uwagę równowagę, koordynację ruchów, orientację w przestrzeni. Podczas gdy zadanie jednoczesnego wdrażania wszystkich tych poleceń jest trudne.
Ludzie boją się nowego
Nieinwazyjna metoda wszczepiania implantów jest skuteczna w warunkach laboratoryjnych, ale w życiu codziennym ta metoda raczej nie spełni pokładanych w niej oczekiwań. Styk z takim połączeniem jest słaby, służy głównie do odczytu sygnałów. Dlatego w medycynie i neuroprotetyce z reguły stosuje się chirurgiczną metodę wprowadzania elektrod do ciała. Ale niewiele osób zgodzi się na połączenie swojego ciała i nieznanej techniki. Słysząc o terminatorach i cyborgach z hollywoodzkich filmów, ludzie boją się postępu i innowacji, zwłaszcza gdy dotyczą one bezpośrednio osoby.
