Что такое нейрокомпьютер интерфейс
Нейрокомпьютерный интерфейс: 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.
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.
Этапы НКИ
Информация, исходящая из человеческого мозга, обрабатывается электронным устройством в четыре этапа:
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.
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
Вам будет интересно: Аргентина: история страны, характеристика, население, экономика
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.
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.
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.
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.
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.
Силой мысли: история нейроинтерфейсов, современные разработки и финансовые перспективы области
Обозреватель vc.ru и автор нескольких научно-популярных книг Алесь Мищенко изучил развитие отрасли нейроинтерфейсов — технологий, которые позволяют управлять объектами «силой мысли». Он выделил основные научные и промышленные разработки в этой области, описал историю направления и предположил, как отрасль будет развиваться в дальнейшем.
Что такое нейроинтерфейс
Идея нейроинтерфейса, почти как идея межзвёздного корабля, стара как сама фантастика. Тот, кто смотрел, например, сериал «Звездные врата», знает, что управление техникой силой мысли (то есть с помощью нейроинтерфейса) — это одна из основных технологий древних высокоразвитых цивилизаций.
Нейроинтерфейс (НКИ или интерфейс «мозг — компьютер») — это, в широком смысле, устройство для обмена информацией между мозгом и внешним устройством (компьютером, экзоскелетом, искусственными органами чувств, бытовыми устройствами или инвалидной коляской). Современный уровень технологий позволяет использовать однонаправленные интерфейсы, в которых внешние устройства могут либо принимать, либо посылать сигналы мозгу. Двунаправленные многофункциональные нейроинтерфейсы, взаимодействующие с мозгом фактически как его расширение — это пока дело будущего.
Нейроинтерфейсы сочетают технологии многих областей, в том числе информатики, электротехники, нейрохирургии и биомедицинской инженерии и различаются по типу: инвазивные (с вживлением электродов в мозг), частично инвазивные (с расположением электродов на поверхности мозга) и неинвазивные (на основе технологий регистрации электрический активности мозга внешними приборами).
Нейроинтерфейсы также различают по применению (управление или восстановление функции мозга) и области использования (медицина, военная отрасль, производство, игры и развлечения)
История и области применения нейроинтерфейсов
История интерфейсов «мозг — компьютер» насчитывает более ста лет. В 1875 году Ричард Кэтон обнаружил электрические сигналы на поверхности мозга животного, а в 1929 году Ханс Бергер опубликовал результаты опытов с ЭЭГ и установил способность мозга для электрической сигнализации.
Первым нейроинтерфейсом можно считать Stimoceiver — электродное устройство, которое может управляться по беспроводной сети с помощью FM-радио. В 1950-е годы Хосе Дельгадо, нейрохирург в Йельском университете, испытал его в мозге быка, и впервые изменил направление движения животного с помощью НКИ (нейрокомпьютерного интерфейса — прим. ред.).
В 1960-е годы нейрофизиолог Грей Уолтер, используя электроды на коже головы человека, зарегистрировал возбуждения от движения большого пальца человека. В 1972 году был создан кохлеарный имплант — первый нейропротез, ставший коммерчески успешным на рынке. Сегодня более 25 тысяч человек используют эти устройства, позволяющие глухим людям слышать.
В 1998 году Филип Кеннеди внедрил первый нейроинтерфейс в обследуемого человека. Им был художник и музыкант Джонни Рей. Думая или представляя движения рук, Рей управлял курсором на экране компьютера. В 1999 году группа Яна Дэна из Университета Калифорнии расшифровала сигналы зрительной системы кошки и воспроизвела изображения, воспринимаемые её мозгом. К 2000 году группа Николелиса создала НКИ, воспроизводящий движения обезьяны во время манипуляций джойстиком. А в июне 2004 года первый «человек-киборг» Мэтью Нэйгл получил полнофункциональный нейроимплант с нейроинтерфейсом от Cyberkinetics Inc.
В России с 2009 года в рамках проекта NeuroG разрабатываются алгоритмы распознавания зрительных образов человеком. В 2011 году в Политехническом музее Москвы проектом NeuroG была проведена демонстрация распознавания воображаемых образов.
Как видно, нейроинтерфейсы находятся на старте своих возможностей. Можно только представить, к чему эта технология может привести нас в будущем.
Но уже сейчас нейроинтерфейсы занимают ниши во многих областях применения. И первая область — это медицина. Нейроинтерфейсы используются в неврологической диагностике. Кроме того, уже существуют приборы НКИ-нейрофидбэка, которые способствуют восстановлению функций мозга — пациент учится управлять своим состоянием на основании такой обратной связи.
Другим перспективным направлением является нейропротезирование. Когда невозможен «ремонт» поврежденных проводящих нервов, например, в парализованной конечности, их можно заменить электродами, которые служат для проведения сигналов к мышцам. Сейчас, кроме кохлеарных имплантатов, существуют уже нейронные имплантаты сетчатки глаза, которые помогают восстановить зрение. В будущем такие системы могут быть использованы для манипулирования роботами-«аватарами».
Игры и устройства виртуальной реальности — вторая после медицины область применения НКИ. И здесь виртуальные роботы-«аватары», управляемые НКИ, существуют уже сейчас.
Принцип нейроинтерфейса (то есть, фактически, управление предметами «силой мысли») выглядит чрезвычайно привлекательным для потребителя. Действительно, кто откажется, например, с помощью НКИ и 3D-принтера «материализовать воображение», создавая представленные им предметы или предметы искусства — картины, виртуальные скульптуры или нейро-видео-арт.
Но с реализацией нейроинтерфейсов всё не так просто.
Сложности применения нейроинтерфейсов
Основной проблемой с инвазивными и полуинвазивными нейроинтерфейсами является повреждение нервной ткани электродом — нервы в месте контакта просто отмирают с течением времени. Необходимы технологии разъединения нервной ткани и электрода, обеспечивающие стабильное соединение. Другая проблема заключается в нахождении «правильного нерва» для контакта с электродом, что трудно в плотно упакованной коре мозга.
Не только мозг, но и вся нервная ткань является очень хрупким объектом. Это мешает созданию НКИ, контактирующих, например, с сетчаткой (где уже находятся пять слоёв нейронов визуальной обработки). Для устройств, взаимодействующих со здоровой сетчаткой, более перспективны не НКИ, а мини-дисплеи, проецирующие изображение непосредственно на сетчатку, или дисплеи-контактные линзы, которые уже сейчас можно увидеть в шпионских фильмах
Ещё одной проблемой является энергообеспечение нейроинтерфейсов. Здесь уместно вспомнить фильм «Матрица», в котором люди использовались в качестве батареек. И действительно, работа мышц производит достаточно электричества не только для миниустройств, но и для, например, встроенных телефонов будущего (например, дыхание — около 1 Вт, ходьба — более 50 Вт) — если часть этого напряжения использовать для нейроинтерфейсов, они могут работать без необходимости подключения к внешним источникам энергии.
Но самой серьёзной проблемой является точность НКИ. Если для инвазивных НКИ точность зависит скорее от нейрохирурга и материалов, обеспечивающих надёжный контакт с правильной группой нейронов, то для неинвазивных нейроинтерфейсов точность — это прежде всего точность алгоритмов обработки регистрируемой информации.
Задача неинвазивных нейроинтерфейсов — восстановить активность группы нейронов по электрическому или магнитному полю. Эта задача является математически некорректной — она не имеет единственного решения.
Есть и альтернатива — экспериментальное установление связи между желаемым результатом работы нейроинтерфейса (например, желаемым движением робота или протеза руки) и регистрируемой при этом желании активностью датчиков. Таким образом происходит «обучение» нейроинтерфейса, после которого он работает в режиме «желание определённого движения — команда соответствующим моторам». И, конечно, установленная связь далеко не всегда является точной, устойчивой к ошибкам, к активности других электродов и временным изменениям.
И тем не менее, рынок нейроинтерфейсов уже начал свой осторожный рост.
Рынок нейроинтерфейсов
По прогнозам Мarkets and Markets (октябрь 2016 года), рынок нейроинтерфейсов начнёт расти вслед за исследованиями расстройств и травм мозга, а также нарушений его работы. Кроме того, спрос на биосовместимые материалы будет дополнительно стимулировать рост рынка.
Среди факторов, ограничивающих рост этого рынка, Мarkets-and-markets упоминает прежде всего нехватку квалифицированных технических специалистов для создания и обслуживания сложных нейроинтерфейсов.
И, тем не менее, по прогнозам Аlliedmarketresearch (2015 год), объём рынка нейроинтерфейсов увеличится в период с 2014 года по 2020 год на 12% и к 2020 году станет одной из самых наукоёмких технологий в следующих областях (в порядке убывания доли на рынке): медицина, игры и развлечения, связь и телекоммуникации, «умные» дома.
Интересно, что доля полуинвазивных и инвазивных нейроинтерфейсов на рынке будет суммарно даже больше доли неинвазивных нейроинтерфейсов. «Все мы практически уже киборги», — так сказал в интервью самый известный современный инноватор и изобретатель Элон Маск.
По мнению Аlliedmarketresearch, рост рынка нейроинтерфейсов зависит от развития медицины мозговых нарушений, влияющих на движение частей тела, совершенствование инфраструктуры здравоохранения в динамично развивающихся странах, таких как Индия и Китай, а также использования сенсорных технологий и нейротехнологий в области игр и развлечений.
Среди крупных игроков, работающих на рынке нейроинтерфейсов — прежде всего американская Mind Technologies, а также ирландская Covidien, австралийская Compumedics, американская Natus Medical, японская Nihon Kohden, американские Integra Life Sciences, CAS Medical Systems и Advanced Brain Monitoring.
Нейроинтерфейс у вас дома
Первое применение нейроинтерфейсов в области игр и развлечений — это произведённая в 2003 году шведской компанией Interactive Productline настольная игра Mindball, в которой два игрока с помощью электрической активности своего мозга управляют катящимся по столу мячиком.
Сейчас на рынке развлекательных нейроинтерфейсов можно выделить трёх основных игроков: NeuroSky, Emotiv и OCZ.
Говоря об игровых нейроинтерфейсах, следует упомянуть связанную с ними иллюзию. Пользователь игровых НКИ — как коммерческих, так и созданных индивидуально — обычно считает что то, что он производит с их помощью, является следствием команд, желаний и состояний его мозга (то же написано и в рекламных буклетах).
В реальности электрическое поле, создаваемое на поверхности кожи даже небольшим напряжением подкожных мышц, превосходит электричество, вырабатываемое мозгом. Поэтому обычно напряжение лицевых мышц, сопровождающее «попытки напрячь мысль», фактически и управляет всеми игровыми НКИ.
Будущее нейроинтерфейсов
И, тем не менее, нейроинтерфейсы являются, пожалуй, одной из самых фантастических технологий, разработка которых приближает нас к новому, непохожему на сегодня, миру будущего.
НКИ потенциально позволяют, например, читать и записывать мысли. Сейчас нас отделяет от возможности определения того, о чём думает другой человек, лишь проблема отсутствия достаточно надёжных алгоритмов обработки регистрируемой информации. Впрочем, определить, например, думает ли человек о движении, вспоминает ли произошедший ранее разговор или представляет какой-то визуальный образ, можно уже сегодня.
Уже сейчас существуют исследования, способные «увидеть» изображения по их образам в зрительной коре мозга. Уже получено первое изображение сна. Пока соответствующее разрешение не превосходит нескольких пикселей — из-за проблемы неточности контакта электродов.
В будущем, когда НКИ будут распространены повсеместно, кто-то может использовать их для визуальных или звуковых спам-галлюцинаций или передавать ложную информацию.
Глубокая стимуляция мозга сейчас успешно используется для лечения болезни Паркинсона, а в будущем может быть успешно использована как для стирания, так и для создания воспоминаний, снов и визуальных образов.
Нейроинтерфейсы — потенциально очень мощная технология, она способна существенно изменить не только человеческое общество, но и самого человека, каким мы его знаем сегодня. Именно нейроинтерфейсы вместе с искусственным интеллектом и биотехнологиями будут способствовать превращению человека в новый кибербиологический вид, и далее — в новый тип организации материи, называемый футурологами и философами мыслящей материей.
Как работают нейрокомпьютерные интерфейсы
Технологии, которые еще вчера казались научной фантастикой, довольно быстро входят в нашу жизнь. Один из примеров — нейрокомпьютерные интерфейсы
Мы живем в довольно интересное время, когда технологии, которые еще вчера казались научной фантастикой, сегодня постепенно входят в нашу жизнь. Или как минимум они делают первые робкие шаги к этому. Одним из примеров являются технологии нейрокомпьютерных интерфейсов. С одной стороны, это всего лишь еще один способ взаимодействия человека и машины, а с другой — нечто более революционное.
Современные способы управления компьютером — это мышка, клавиатура, сенсорный экран. Постепенно в жизнь входит управление через жесты, голосом. Компьютер уже умеет следить за нашими зрачками, за направлением нашего взгляда. Следующий этап взаимодействия человека и машины — это прямое считывание сигналов нервной системы, то есть нейрокомпьютерные интерфейсы.
С чего все началось?
Теоретические работы в этом направлении базируются на фундаментальных трудах И.М. Сеченова и И.П. Павлова — авторов теории условных рефлексов. В России активная разработка теории, лежащей в основе работы подобных устройств, началась еще в середине XX века, практические исследования велись уже в 70-х годах XX века как в России, так и за рубежом.
В те далекие годы ученые развлекались тем, что вживляли мартышкам разные датчики и заставляли силой мысли управлять клешнями роботов, чтобы есть бананы. Что самое интересное, у обезьян это получалось.
Как говорится, 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 в этом смысле стало проще, миниатюризация сделала свое 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. Но обо всем по порядку.
Как это работает?
Если очень упростить, то нервная система человека во время работы порождает, передает и обрабатывает электрохимические сигналы в разных частях организма. И электрическую составляющую этих сигналов можно попытаться «прочитать» и интерпретировать.
Для этих целей можно использовать разные способы, которые имеют свои достоинства и недостатки. Например, можно снимать сигналы при помощи магнитно-резонансной томографии (МРТ), но приборы слишком громоздкие.
Можно постоянно вводить специальные вещества-маркеры, но тем самым можно навредить организму. Наконец, можно накладывать или вживлять небольшие датчики в определенные части тела. Именно использование таких датчиков и образует так называемые нейрокомпьютерные интерфейсы.
В повседневной жизни подобное устройство мы можем встретить в кабинете невропатолога. Оно представляет собой резиновую шапочку с большим количеством проводов и датчиков. Это диагностическое устройство, но никто не мешает приспособить его для других нужд.
Следует различать нейрокомпьютерные интерфейсы и «мозгокомпьютерные» интерфейсы. Вторые являются лишь частным случаем первого и имеют дело только с головным мозгом. Нейроинтерфейсы взаимодействуют со всем телом. По сути, мы имеем опосредованное или прямое подключение к нервной системе человека, через которое мы можем получать и посылать некие сигналы.
Можно по-разному «подключиться» к человеку. Все зависит от датчиков. Например, по степени погружения датчики бывают:
Для улучшения качества сигнала датчики могут дополнительно смачивать специальными жидкостями, проводить первичную обработку сигнала «на месте» и так далее. Далее считанные сигналы обрабатываются специализированным программно-аппаратным обеспечением и в зависимости от целей выдают тот или иной результат.
Где можно использовать?
Самое первое, что приходит в голову, — научные исследования. Если обратиться к ранним работам, то в основном это эксперименты на животных. Собственно, с этого все и началось, как уже говорилось выше: мышам и обезьянам вживляли небольшие электроды и смотрели за активностью тех или иных областей мозга и частей нервной системы. Полученная информация давала возможность глубокого изучения протекающих в мозге процессов.
Далее — медицинские цели. Подобные интерфейсы уже нашли применение в медицине в виде диагностических медицинских приборов для невропатологов. Если результат выдается непосредственно испытуемому, то может включиться в работу так называемая биологическая обратная связь.
Включается дополнительный канал саморегуляции организма, когда физиологическая информация предоставляется пользователю в доступном виде, а он учится управлять своим состоянием на ее основе. Подобные приборы уже существуют и используются.
Наш коллега, вжививший биочип себе в руку, продолжает рассказывать о своих экспериментах: http://t.co/uvUV1y2OSF pic.twitter.com/Jv99i8XpwL
Перспективным направлением считается нейропротезирование, где достигнуты отдельные успехи. В случае невозможности восстановить поврежденные проводящие нервы в парализованной конечности можно вживить электроды, которые будут проводить сигналы к мышцам. Сюда же относится подключение к нервной системе искусственных протезов взамен утраченных конечностей. Или удаленное управление роботами «аватарами».
Сенсорное протезирование. Уже обыденным примером можно считать кохлеарный имплант, который позволяет восстановить слух людям. Также уже сейчас существуют нейроимпланты сетчатки глаза, позволяющие частично восстановить зрение.
Широкий простор для воображения дают игры. И не только с использованием виртуальной реальности, но и, например, вполне обыденное управление радиоигрушками при помощи такого рода устройств.
А если к возможности считывать сигналы добавить возможность посылать их обратно, стимулируя определенные части нервной системы, то (пока лишь в теории) это открывает невероятные перспективы для индустрии развлечений.
Можно ли читать или записывать мысли?
На текущем уровне развития технологий — и да, и нет. Считываемые сигналы не являются мыслями в прямом смысле этого слова, и прочитать с помощью такого устройства, что конкретно думает тот или иной человек, нельзя.
Эти сигналы лишь «след» деятельности нервной системы, с шумами, с запаздыванием до одной секунды. Считывается даже не конкретный нейрон (нервная клетка), а лишь активность некоторой области мозга или нервной системы. Поэтому поймать конкретную мысль вряд ли получится.
С другой стороны, уже существуют исследования, базирующиеся на магнитно-резонансной томографии, которые позволяют «расшифровывать» образы, возникающие при просмотре тех или иных изображений. Они не отличаются высокой точностью, но позволяют оценить общую картинку.
С записью мыслей все еще сложнее. Открытых исследований на эту тему нет. Но можно дать предостережение, опираясь на соседние области знаний. Если отвлеченно посмотреть на электросудорожную терапию, то при ее помощи можно довольно неплохо стирать память у людей и негативно влиять на их познавательные способности. С другой стороны, глубокая стимуляция головного мозга успешно используется для компенсации болезни Паркинсона.
Какое отношение это имеет к информационной безопасности?
Как ни странно, самое непосредственное. Не будем касаться этических вопросов использования нейроинтерфейсов — время расставит все по местам. Но важно понимать, что подобные устройства, как и любая сложная электроника, нуждаются в защите.
Сейчас все принято подключать к Интернету, очевидно, что нейроустройства также не минует данная участь: как минимум велик соблазн использовать Всемирную сеть для того, чтобы отсылать диагностическую информацию о состоянии владельца или самого устройства. И через подключение устройство может быть взломано.
Нейрокомпьютерные интерфейсы — что это и как работает?
И это не говоря уже о недалеком будущем, в котором нейроинтерфейсы, вероятно, будут использоваться повсеместно. Представьте, вы вживили себе импланты, улучшающие зрение и слух, а через них вам транслируют рекламу или вовсе передают ложную информацию.
Еще более пугающе выглядит чтение мыслей, не говоря уже о записи мыслей. Если уже сейчас есть возможность считывать видеообразы (пусть и с большими помехами), то что будет, когда технология усовершенствуется?
Возможно, пока подобные опасения напоминают сценарии фантастических боевиков. Однако при тех темпах, которые в наши дни свойственны развитию и внедрению новых технологий, нейроустройства и сопутствующие их использованию проблемы могут войти в повседневную жизнь людей гораздо стремительнее, чем кажется сейчас.