Sučelje neuroračunala: princip rada, opseg, prednosti i nedostaci

Malo po malo, puno novih stvari ulazi u naš život. Razvoj tehnologije ne miruje, a sutra bi moglo biti moguće ono o čemu se jučer nismo usudili sanjati. Neuroračunalno sučelje (nki) čini vezu ljudskog mozga s tehnologijom stvarnom, njihovom djelomičnom interakcijom.

Što je nki?

Nki je sustav razmjene informacija između ljudskog mozga i elektroničkog uređaja. Razmjena može biti dvosmjerna, gdje električni impulsi dolaze iz uređaja u mozak i natrag, ili jednosmjerna, gdje samo jedan objekt prima informacije. Jednostavnije rečeno, nki predstavlja ono što se naziva "upravljanje snagom misli". Vrlo važno otkriće koje se već široko koristi u mnogim područjima života.

Kako djeluje nki?

Neuroni mozga međusobno prenose informacije pomoću električnih impulsa. To je vrlo složena i zamršena mreža koju znanstvenici još ne mogu analizirati do kraja. Ali uz pomoć nki-a postalo je moguće pročitati dio informacija moždanih impulsa i prenijeti ih na elektroničke uređaje. Oni, u svoje red čekanja, mogu pretvoriti impulse u akciju.

Povijest studija nki

Znakovito je da su radovi ruskog znanstvenika i. P. Pavlova o uvjetovanim refleksima. Također važnu ulogu u proučavanju nki-a odigrao je njegov vlastiti rad na temu regulatorne uloge moždane kore. Studije I. P. Pavlova se odvijala početkom dvadesetog stoljeća na Institutu za eksperimentalnu medicinu u Sankt Peterburgu. Kasnije su pavlovljeve ideje u smjeru NK sučelja razvile sovjetski fiziolog P. K. Anokhin i sovjetski i ruski Neurofiziolog N. P. Bekhtereva. Globalna istraživanja nki započela su tek 1970-ih u SAD-u. Eksperimenti su provedeni na majmunima, štakorima i drugim životinjama. Tijekom istraživanja, znanstvenici koji rade s pokusnim majmunima otkrili su da su određene zone mozga odgovorne za kretanje njihovih udova. Od ovog otkrića odlučena je naknadna sudbina nki-a.

Elektroencefalografija (EEG)

Elektroencefalografija je način čitanja elektroničkih impulsa mozga neinvazivnim pričvršćivanjem elektroda na ljudsku glavu. Neinvazivna metoda je ona u kojoj su elektrode pričvršćene na glavu osobe ili životinje, bez izravnog umetanja u moždani korteks. EEG metoda pojavila se relativno davno i uvelike je pridonijela razvoju sučelja neuroračunala. EEG metoda se koristi do danas jer je jeftina i učinkovita.

Faze nki

Informacije koje dolaze iz ljudskog mozga elektronički uređaj obrađuje u četiri koraka:

Dobivanje signala.
Predobrada.
Tumačenje i klasifikacija podataka.
Izlaz podataka.

Prva faza

U prvom koraku elektrode se ili umetnu izravno u moždani korteks (invazivna metoda) ili montiraju na površinu glave (neinvazivna metoda). Počinje proces čitanja informacija stanica mozga. Elektrode prikupljaju podatke pojedinih neuronskih sustava odgovornih za različite radnje.

Predobrada

U drugoj fazi sučelja "mozak-računalo" dolazi do prethodne obrade primljenih signala. Uređaj izdvaja karakteristike signala kako bi pojednostavio složeni sastav podataka, uklonio suvišne informacije i buku koja ometa jasno isticanje moždanih signala.

Treća faza

U trećoj fazi NK sučelja informacije se tumače iz električnih impulsa u digitalni kod. Označava radnju kojoj je mozak dao signal. Dobiveni kodovi se zatim klasificiraju.

Izlaz podataka

Izlaz informacija događa se u četvrtoj fazi. Digitalizirani podaci ispisuju se na uređaj povezan s mozgom koji izvršava mentalno zadanu naredbu.

Neuroprostetika

Jedno od glavnih područja primjene sučelja mozga je medicina. Neuronske proteze dizajnirane su za obnavljanje komunikacije između ljudskog mozga i djelovanja njegovih organa, zamjenu organa oštećenih bolešću ili ozljedom, nakon čega slijedi obnova funkcija zdrav tijela. Posebno dobar nki može pomoći osobama s paralizom ili gubitkom udova. U uporabi neuronskih proteza koristi se princip rada sučelje neuroračunala. Ako govorimo vrlo pojednostavljeno, osobi se ugrađuju protetske ruke ili noge, elektronički implantati iz kojih vode do područja mozga odgovornog za kretanje ovog uda. Neuroprostetika je prošla mnoga ispitivanja, ali poteškoća njegove masovne uporabe je u tome što nki ne može u potpunosti pročitati moždane signale, a upravljanje protezama u normalnom životu izvan laboratorija uzrokuje komplikacije. Prije nekoliko godina u Rusiji su željeli uspostaviti proizvodnju neuroproteza, ali to još uvijek nije provedeno.

Slušne proteze

Ako se protetski udovi još nisu pojavili na masovnom tržištu, tada se kohlearni implantat (proteza koja pomaže vratiti sluh) koristi već duže vrijeme. Da bi ga dobio, pacijent mora imati izražen stupanj senzorineuralnog gubitka sluha (tj, u kojem oslabljena sposobnost slušnog aparata da prima i analizira zvukove). Pomoć u obnavljanju sluha pomoću kohlearnog implantata pribjegava se kada obični slušni aparat ne daje očekivani rezultati. Implantat se implantira u aparat za uho i susjedni dio glave kirurškim zahvatom. Kao i svako drugo neuroračunalno sučelje, kohlearni implantat trebao bi u potpunosti odgovarati nositelju. Da bi naučio kako ga koristiti i počeo doživljavati implantat kao novo uho, pacijent mora proći dugu rehabilitaciju.

Budućnost nki-a

U posljednje vrijeme možete svugdje čuti i čitati o umjetnoj inteligenciji. To znači da se san mnogih ljudi ostvaruje – uskoro će naš mozak ući u simbiozu s tehnikom. Bez sumnje, ovo će biti novo doba ljudskog razvoja. Nova razina znanja i sposobnosti. Zahvaljujući sučelju mozak-računalo, velik broj novih i važnih otkrića pojavit će se u mnogim područjima znanosti. Osim što se koristi u medicinske svrhe, nki već može povezati korisnika s uređajima virtualne stvarnosti. Kao što su virtualni računalni miš, tipkovnica, heroji u igrama virtualne stvarnosti itd. d.

Upravljanje bez ruku

Glavni zadatak sučelja neuroračunala je pronaći mogućnost upravljanja tehnologijom bez pomoći mišića. Otkrića na ovom području pružit će osobama s paralizom udova više mogućnosti u kretanju, upravljanju prijevozom i uređajima. Već nki bez problema kombinira ljudski mozak i računalnu umjetnu inteligenciju. To je postalo moguće zahvaljujući dubokom proučavanje principa rada ljudskog mozga. Na temelju njih sastavljaju se programi na kojima rade nki i umjetna inteligencija.

Nki u robotici

Budući da su znanstvenici otkrili da su određene zone mozga odgovorne za kretanje mišića, odmah su imali ideju da ljudski mozak može kontrolirati ne samo svoje tijelo, već i kontrolirati ljudski stroj. Sada se stvara mnogo različitih robotskih strojeva. Uključujući humanoide. Robotičari nastoje ponoviti ponašanje živih ljudi u svojim humanoidnim djelima. No, do sada programiranje i umjetna inteligencija nose se s tim zadatkom malo lošije od nki-a. Pomoću NK sučelja robotskim udovima može se upravljati iz daljine. Na primjer, na mjestima gdje je pristup osobi nemoguć. Ili na poslovima koji zahtijevaju preciznost nakita.

Nki za paralizu

Bez sumnje, najtraženije je neuroračunalno sučelje u medicini. Kontrola protetskih ruku, nogu, kontrola invalidskih kolica putem misli, upravljanje informacijama u pametnim telefonima, računalima bez ruku itd. d. Ako ove inovacije postanu sveprisutne, povećat će se životni standard ljudi koji su trenutno ograničeni u mogućnostima kretanja. Mozak će odmah prenositi naredbe uređajima, zaobilazeći tijelo, što će pomoći osobi s invaliditetom da se bolje prilagodi okruženju. No, kada pokušavaju neuroprostetiku, stručnjaci se suočavaju s nekim problemima koji do danas ne mogu pronaći rješenja.

Prednosti i nedostaci sučelja neuroračunala

Unatoč činjenici da postoje mnoge prednosti korištenja NK sučelja, postoje i nedostaci u njegovoj primjeni. Prednost u razvoju nki u medicini je činjenica da se ljudski mozak (posebno njegov korteks) vrlo dobro prilagođava promjenama, zbog čega su mogućnosti NK sučelja gotovo neograničene. Pitanje je samo razvoj i otkriće novih tehnologija. Ali ovdje se pojavljuju neki problemi.

Nekompatibilnost tjelesnih tkiva s uređajima

Prvo, ako implantate umetnete na invazivan način (unutar tkiva), vrlo je teško postići njihovu potpunu kompatibilnost s pacijentovim tkivima. Oni materijali i vlakna koji se moraju u potpunosti ugraditi u organsku tkaninu stvaraju se samo.

Nesavršenost tehnike u odnosu na mozak

Drugo, elektrode su još uvijek mnogo jednostavnije od neurona u mozgu. Još nisu u stanju prenijeti i primiti sve informacije s kojima se živčane stanice mozga lako nose. Stoga je kretanje udova zdrava osoba događa se mnogo brže i preciznije od kretanja neuroproteza, a zdravo uho percipira zvukove jasnije i ispravnije od uha s kohlearnim implantatom. Ako naš mozak zna koje informacije treba prosijati, a koje smatrati glavnim, onda u uređajima s umjetnom inteligencijom to rade algoritmi koje je napisao čovjek. Sve dok ne mogu ponoviti složene algoritme ljudskog mozga.

Veliki broj varijabli kojima je potrebna kontrola

Neki znanstveni instituti planiraju u bliskoj budućnosti stvoriti ne zasebnu neuroprotezu noge ili ruke, već cijeli egzoskelet za osobe s cerebralnom paralizom. S ovim oblikom proteze, egzoskelet mora primati informacije ne samo iz mozga, već i iz leđne moždine. S takvim uređajem povezanim sa svim važnim živčanim završecima tijela, osoba bi se mogla nazvati pravim kiborgom. Nošenje egzoskeleta omogućit će potpuno paraliziranoj osobi da povrati sposobnost kretanja. Ali problem je u tome što provedba pokreta nije sve što se traži od nki-a. Egzoskelet također mora uzeti u obzir ravnotežu, koordinaciju pokreta, orijentaciju u prostoru. Sve dok je zadatak istodobno provoditi sve ove naredbe teško ispuniti.

Strah ljudi od novog

Neinvazivna metoda ugradnje implantata učinkovita je u laboratorijskim uvjetima, ali u običnom životu ova metoda vjerojatno neće opravdati nade koje su joj položene. Kontakt s takvom vezom je slab, koristite ga u uglavnom za očitavanje signala. Stoga se u medicini i neuroprostetici u pravilu koristi kirurška metoda uvođenja elektroda u tijelo. Ali malo bi se ljudi složilo kombinirati svoje tijelo i nepoznatu tehniku. Nakon što su čuli za terminatore i kiborge iz holivudskih filmova, ljudi se boje napretka i inovacija, pogotovo kada izravno dodiruju osobu.