Rozhraní neurocomputer: pracovní princip, rozsah, výhody a nevýhody

Do našich životů postupně vstupuje mnoho nových věcí. Vývoj techniky nestojí a zítra může být možné něco, o čem jsme se včera neodvážili snít. Neurokomputační rozhraní (NCT) dělá skutečné spojení lidského mozku s technikou, jejich částečnou interakci.

Co jsou NCI?

NCI je systém výměny informací mezi lidským mozkem a elektronickým zařízením. Výměna může být obousměrná, když elektrické impulsy pocházejí ze zařízení do mozku a zpět, nebo jednosměrná, když informace obdrží pouze jeden objekt. Jednodušším jazykem je NKI to, čemu se říká "ovládání síly myšlení". Velmi důležitý objev, který je nyní široce používán v mnoha oblastech života.

Jak NCT funguje?

Mozkové neurony si navzájem přenášejí informace pomocí elektrických impulsů. Je to velmi složitá a spletitá síť, kterou vědci zatím nemohou analyzovat až do konce. Ale s pomocí NCT bylo možné číst některé informace o mozkových impulsech a přenášet je do elektronických zařízení. Oni, ve svém fronta, mohou převádět impulsy do akce.

Historie studia NKÚ

Je pozoruhodné, že základem pro vývoj rozhraní NK byly spisy ruského vědce a. P. Pavlova o podmíněných reflexech. Důležitou roli při studiu NKI hrála také jeho práce na téma regulační role mozkové kůry. Výzkum A. P. Pavlova se konala na počátku dvacátého století v Ústavu experimentální medicíny v Petrohradě. Pavlovovy myšlenky ve směru rozhraní NK byly později vyvinuty sovětským fyziologem P. K. Anokhin a sovětský a ruský neurofyziolog N. P. Bechtereva. Globální výzkum NCT začal až v roce 1970 v USA. Experimenty byly prováděny na opicích, potkanech a jiných zvířatech. Během studií vědci pracující s testovanými opicemi zjistili, že určité oblasti mozku jsou zodpovědné za pohyby jejich končetin. Od tohoto objevu byl následný osud NKI vyřešen.

Elektroencefalografie (EEG)

Elektroencefalografie je způsob, jak číst elektronické impulsy mozku neinvazivním připojením elektrod k lidské hlavě. Neinvazivní metoda je metoda, při které jsou elektrody připevněny k hlavě člověka nebo zvířete, aniž by byly přímo vloženy do mozkové kůry. Metoda EEG se objevila relativně dlouho a významně přispěla k rozvoji rozhraní neurokomputer. Metoda EEG se používá dodnes, protože je levná a efektivní.

Fáze NCT

Informace pocházející z lidského mozku jsou zpracovávány elektronickým zařízením ve čtyřech krocích:

Příjem signálu.
Předběžné zpracování.
Interpretace a klasifikace dat.
Výstup dat.

První fáze

V prvním kroku jsou elektrody buď injikovány přímo do mozkové kůry (invazivní metoda), nebo připevněny k povrchu hlavy (neinvazivní metoda). Začíná proces čtení informací o buňkách mozek. Elektrody shromažďují data z jednotlivých neuronových systémů odpovědných za různé akce.

Předběžné zpracování

Ve druhé fázi rozhraní mozek-počítač probíhá předběžné zpracování přijatých signálů. Zařízení extrahuje charakteristiky signálu, aby zjednodušilo složité složení dat, vyřadilo přebytečné informace a šum, což brání jasnému zvýraznění mozkových signálů.

Třetí etapa

Ve třetí fázi rozhraní NC jsou informace interpretovány z elektrických impulsů do digitálního kódu. Označuje akci, signál, který mozek dal. Výsledné kódy jsou poté klasifikovány.

Výstup dat

K odvození informací dochází ve čtvrté fázi. Digitalizovaná data jsou výstupem do zařízení připojeného k mozku, které provádí mentálně daný příkaz.

Neuroprotéza

Jednou z hlavních oblastí implementace mozkového rozhraní je medicína. Neurální protézy jsou navrženy tak, aby obnovily spojení mezi mozkem člověka a působením jeho orgánů, nahradily orgány poškozené nemocí nebo traumatem a následně obnovily funkce zdravého těla. Zvláště dobře NCI může pomoci lidem s paralýzou nebo ztrátou končetin. Při použití neurálních protéz se používá princip práce neurokomputer rozhraní. Pokud mluvíme velmi zjednodušeně, osoba je instalována protézy rukou nebo nohou, elektronické implantáty, ze kterých vedou do oblasti mozku odpovědné za pohyb této končetiny. Neuroprotéza prošla mnoha testy, ale složitost jejího masového použití spočívá v tom, že NCI nedokáže plně číst mozkové signály a řízení protéz v běžném životě mimo laboratoř způsobuje potíže. Před několika lety chtěli v Rusku zavést výrobu neuroprotéz, ale dosud se to neuskutečnilo.

Sluchové protézy

Pokud se protézy končetin dosud neobjevily na masovém trhu, používá se kochleární implantát (protéza, která pomáhá obnovit sluch) již nějakou dobu. K jeho získání musí mít pacient výrazný stupeň senzorineurální ztráty sluchu (tj, při které schopnost sluchadla přijímat a analyzovat zvuky je narušena). K opravě sluchu pomocí kochleárního implantátu se uchylují, když konvenční sluchadlo nedává očekávané výsledky. Implantát je implantován do ušního aparátu a přilehlé části hlavy v důsledku chirurgického zákroku. Stejně jako jakékoli jiné rozhraní pro neurokomputaci by měl být kochleární implantát zcela vhodný pro majitele. Aby se pacient naučil používat a začal vnímat implantát jako nové ucho, musí podstoupit dlouhou rehabilitaci.

Budoucnost NKÚ

V poslední době můžete všude slyšet a číst o umělé inteligenci. To znamená, že se splní sen mnoha lidí-brzy náš mozek vstoupí do symbiózy technikou. Nepochybně to bude nová éra vývoje lidstva. Nová úroveň znalostí a příležitostí. Díky rozhraní mozek-počítač se v mnoha oblastech vědy objeví velké množství nových a důležitých objevů. Kromě použití pro lékařské účely může NKI již připojit uživatele k zařízením virtuální reality. Jako je virtuální počítačová myš, klávesnice, hrdinové ve hrách virtuální reality atd. d.

Ovládání bez rukou

Hlavním úkolem rozhraní neurocomputer je najít schopnost ovládat techniku bez pomoci svalů. Objevy v této oblasti poskytnou lidem s paralýzou končetin více příležitostí v pohybu, řízení dopravy a gadgetech. Již nyní NKI bez problémů kombinuje lidský mozek a počítačovou umělou inteligenci. To bylo možné díky hlubokému studium principů práce lidského mozku. Na jejich základě jsou sestaveny programy, na kterých pracují NCT a umělá inteligence.

NKÚ v robotice

Protože vědci zjistili, že určité oblasti mozku jsou zodpovědné za pohyb svalů, okamžitě si mysleli, že lidský mozek dokáže ovládat nejen své tělo, ale také ovládat humanoidní stroj. Nyní se vyrábí mnoho různých robotických strojů. Včetně humanoidů. Robotici se ve svých humanoidních pracích snaží replikovat chování živých lidí. Ale zatímco programování a umělá inteligence zvládají tento úkol o něco horší než NCT. Pomocí rozhraní NC je možné ovládat robotické končetiny z dálky. Například na místech, kde není možný přístup člověka. Nebo v pracích, které vyžadují přesnost šperků.

NCI pro paralýzu

Nepochybně nejžádanější je rozhraní neurokomputer v medicíně. Ovládání protetických rukou, nohou, ovládání invalidního vozíku pomocí myšlení, správa informací v chytrých telefonech, počítačích bez rukou atd. d. Pokud se tyto inovace stanou všudypřítomnými, zvýší se životní úroveň lidé nyní omezeni v pohybových schopnostech. Mozek okamžitě předá příkazy do zařízení a obchází tělo, což pomůže osobě se zdravotním postižením lépe se přizpůsobit prostředí. Při pokusech o neuroprotézu však odborníci čelí některým výzvám, které dosud nemohou najít řešení.

Výhody a nevýhody rozhraní neurokomputer

I když existuje mnoho výhod používání rozhraní NK, existují také nevýhody jeho použití. Výhodou ve vývoji NCT v medicíně je skutečnost, že lidský mozek (zejména jeho kůra) se velmi dobře přizpůsobuje změnám, takže možnosti rozhraní NC jsou téměř nekonečné. Otázka stojí pouze za vývojem a objevem nových technologií. Ale tady jsou některé problémy.

Nekompatibilita tělesných tkání se zařízeními

Za prvé, pokud jsou implantáty injikovány invazivním způsobem (uvnitř tkání), je velmi obtížné dosáhnout jejich úplné kompatibility s tkáněmi pacienta. Tyto materiály a vlákna, která musí být plně implantována do organické tkáně, se pouze vytvářejí.

Nedokonalost techniky ve srovnání s mozkem

Za druhé, elektrody jsou stále uspořádány mnohem snadněji než mozkové neurony. Zatím nejsou schopni přenášet a přijímat všechny informace, které nervové buňky mozku zvládají s lehkostí. Proto pohyb končetin zdravého člověka vyskytuje se mnohem rychleji a přesněji než pohyb neuroprotéz a zdravé ucho vnímá zvuky jasněji a správněji než ucho s kochleárním implantátem. Pokud náš mozek ví, jaké informace je třeba vyřadit a jaké považovat za hlavní, pak v zařízeních s umělou inteligencí to dělají algoritmy napsané člověkem. Dokud nemohou replikovat složité algoritmy lidského mozku.

Velké množství proměnných, které potřebují kontrolu

Některé vědecké ústavy plánují v blízké budoucnosti vytvořit ne samostatnou neuroprotézu nohou nebo paží, ale celý exoskeleton pro lidi s dětskou mozkovou obrnou. S touto formou protézy by exoskeleton měl přijímat informace nejen z mozku, ale také z míchy. S takovým zařízením připojeným ke všem důležitým nervovým koncům těla by člověk mohl být nazýván skutečným kyborgem. Nošení exoskeletu umožní plně paralyzovanému člověku znovu získat schopnost pohybu. Ale problém je, že implementace pohybu není vše potřebné od GCC. Exoskeleton musí také brát v úvahu rovnováhu, koordinaci pohybů, orientaci v prostoru. Zatím je úkol současně realizovat všechny tyto týmy těžko dosažitelný.

Strach lidí z nového

Neinvazivní metoda instalace implantátů je účinná v laboratorních podmínkách, ale v běžném životě tato metoda pravděpodobně nebude schopna ospravedlnit naděje, které jí byly svěřeny. Kontakt s tímto připojením je slabý, použijte jej v hlavně pro čtení signálů. Proto v medicíně a v neuroprotézii zpravidla používají chirurgickou metodu zavádění elektrod do těla. Ale jen málo lidí souhlasí s kombinací svého těla a neznámé techniky. Lidé, kteří slyšeli o terminátorech a kyborgech z hollywoodských filmů, se bojí pokroku a inovací, mnohem méně, když se dotknou osoby přímo.