Интерфейсы мозг-машина: что это такое и как они работают?

Представьте, что вы могли бы управлять роботом или играть в видеоигру, используя только свой разум. Это звучит как научная фантастика, но это именно то, для чего уже используются интерфейсы мозг-машина (ИМТ). Благодаря приложениям от развлечений до медицины, ИМТ призваны изменить мир технологий в том виде, в каком мы его знаем. Но что именно? А как они работают?

В этой статье будет рассказано все об интерфейсах мозг-машина, включая текущие примеры, как они работают и для чего можно использовать ИМТ в будущем.

Что такое интерфейс мозг-машина?

Интерфейсы мозг-машина (ИМТ), также известные как интерфейсы мозг-компьютер, представляют собой устройства, соединяющие ваш мозг и внешнее устройство. Они могут считывать активность человеческого мозга и передавать эту информацию непосредственно в компьютерную систему. Например, ИМТ может помочь пациенту управлять роботизированным протезом. Или он может позволить пользователю печатать в текстовом редакторе, используя только свои мысли.

ИМТ может быть инвазивным или неинвазивным. Инвазивный ИМТ требует хирургического вмешательства и обычно включает размещение электродов непосредственно под кожей головы для более точной передачи сигналов мозга. С другой стороны, неинвазивные ИМТ помещаются над головой без хирургического вмешательства и определяют электрическую активность вашего мозга. Обратной стороной является то, что большая часть этой активности подавляется черепом, поэтому неинвазивные ИМТ часто менее эффективны.

Как работают интерфейсы мозг-машина?

Когда мы думаем, наш мозг производит электрические сигналы, посылаемые через клетки мозга (известные как нейроны). Эти электрические сигналы могут регистрироваться и интерпретироваться медицинскими устройствами, и на самом деле это делалось на протяжении десятилетий для диагностики состояний мозга.

Для этого используются два метода: электроэнцефалография (ЭЭГ) и электромиография (ЭМГ). ЭЭГ интерпретирует электрические сигналы от мозга, а ЭМГ интерпретирует эти сигналы от мышц.

Для диагностики состояний мозга результаты ЭЭГ и ЭМГ сравниваются с «нормальной» мозговой активностью, при этом болезненные состояния вызывают определенные закономерности в электрической активности мозга. Однако теперь мы можем пойти еще дальше.

Последние достижения означают, что мы можем собирать больше информации из активности мозга, включая эмоциональные состояния, какие движения или действия вы собираетесь выполнить, и даже конкретные мысли.

Алгоритмы машинного обучения могут определять, как эти конкретные состояния «выглядят» (с точки зрения их электрической активности). Этим алгоритмам предоставляются массивы данных ЭЭГ и ЭМГ из контролируемых экспериментов, и выявляются закономерности мозговой активности. Затем в режиме реального времени отслеживается и анализируется деятельность мозга, чтобы определить конкретные психические состояния или действия (например, «движение влево»).

Текущие примеры ИМТ

Есть несколько текущих примеров ИМТ, многие из которых сильно отличаются друг от друга. Поскольку существует огромный потенциал того, что возможно с ИМТ, многие из них разрабатываются одновременно в совершенно разных областях. Некоторые ИМТ используются в основном в медицинских целях, чтобы люди с ограниченными возможностями могли снова ходить или управлять устройствами без использования рук. Другие предназначены для игр и досуга.

Кохлеарные имплантаты

Кохлеарные имплантаты - это не то, что многие люди будут учитывать при упоминании ИМТ, но на самом деле это одна из первых технологий, которые связали мозг пользователя с машиной. Они работают, возвращая ощущение звука глухим или почти глухим. Имплант хирургическим путем помещается под кожу пользователя, использует микрофон для улавливания окружающего звука, затем усиливает и передает звук посредством электрических импульсов в мозг пользователя.

Муза

Муза представляет собой «сенсорную повязку на голову», которая может определять эмоциональные состояния пользователя. У стартап-компании есть программы, ориентированные на благополучие сотрудников. Сотрудник носит повязку на голову и может управлять своим уровнем стресса и производительностью на основе обратной связи с повязкой на голову.

Управление дроном

Еще в 2015 году исследователи из Университета Флориды разработали повязку на голову BMI, которая могла позволить пользователю управлять дроном, используя только свой разум.

Neurable

В 2017 г. Neurable выпустили экспериментальную игру, которая представляла собой квест-комнату, контролируемую BMI. Игроки надевают гарнитуру VR и покидают комнату, используя только свои мысли. Neurable планирует разработать продукты, которые позволят вам управлять своим смартфоном (например, пропускать или приостанавливать песни) через свой разум.

Знаменитая компания Илона Маска Neuralink является примером инвазивного ИМТ. Используя хирургически имплантированные «нити», Neuralink стремится подключить мозг к компьютеру через сверхвысокую полосу пропускания. Конечная цель Neuralink - помочь людям опередить традиционные системы искусственного интеллекта. Neuralink уже был протестирован (как известно) на пациенте-обезьяне, и обезьяна смогла играть в понг чисто мысленно.

Другие примеры BMI, находящихся в настоящее время в разработке, включают Kernel, NextMind, Neurosity и Nectome.

Для чего будут использоваться ИМТ в будущем?

Одно из применений ИМТ - предоставить пользователю обратную связь об их психическом состоянии. Например, ИМТ может обнаруживать высокий уровень сонливости или невнимательности и предупреждать в условиях повышенного риска, таких как вождение или использование опасного оборудования. ИМТ также можно использовать для регулирования эмоций или даже уменьшения боли, что имеет несколько потенциальных применений для военных.

ИМТ также имеют десятки потенциальных применений в медицине. Например, их можно использовать для людей с ампутированными конечностями, чтобы контролировать передовое протезирование или лечить неврологические состояния, такие как болезнь Альцгеймера или Паркинсона.

В потребительском пространстве ИМТ можно использовать для множества вещей. Пользователи могли управлять своими умными домами с помощью разума, включая и выключая свет, переключая каналы или даже создавая списки воспроизведения автоматически в зависимости от их настроения. Несомненно, будет огромное пространство для ИМТ в виртуальной реальности и других играх, где использование контроллеров является одним из последних препятствий на пути к полному погружению.

ИМТ: контроль над разумом

Интерфейсы мозг-машина, несомненно, появятся в будущем, более или менее точно так, как они изображаются в научно-фантастических фильмах. Фактически, многие из них уже коммерчески доступны, и они обладают возможностями, которые могут значительно расширить человеческий мозг. Однажды вам больше не нужно будет нажимать кнопки или вводить команды. Вы сможете заходить в свой дом, включать и выключать свет и играть в игры в виртуальной реальности, вообще не используя руки.

Когда технологии встречаются с биологией: 6 медицинских технологий, формирующих будущее здравоохранения

Вы будете поражены некоторыми спасательными технологиями, которые вот-вот появятся в ваших местных медицинских учреждениях.

Читать далее

Об авторе