Pamažu į mūsų gyvenimą patenka daug naujų dalykų. Technologijų vystymasis nestovi vietoje, o rytoj gali būti įmanoma tai, apie ką vakar nedrįsome svajoti. Neurokompiuterio sąsaja (NCI) realizuoja ryšį tarp žmogaus smegenų ir technologijų, jų dalinę sąveiką.
Kas yra NCI?
NCI yra sistema, skirta keistis informacija tarp žmogaus smegenų ir elektroninio prietaiso. Keitimasis gali būti dvipusis, kai elektros impulsai ateina iš įrenginio į smegenis ir atvirkščiai, arba vienpusiai, kai informaciją gauna tik vienas objektas. Paprasčiau tariant, NCI yra tai, kas vadinama „minties galios valdymu“. Labai svarbus atradimas, kuris jau plačiai naudojamas daugelyje gyvenimo sričių.
Kaip veikia NCI?
Smegenų neuronai perduoda informaciją vienas kitam naudodami elektrinius impulsus. Tai labai sudėtingas ir sudėtingas tinklas, kurio mokslininkai dar negali iki galo išanalizuoti. Tačiau NCI pagalba atsirado galimybė nuskaityti dalį smegenų impulsų informacijos ir perkelti ją į elektroninius prietaisus. Jie, savo ruožtu, gali transformuotisimpulsai imtis veiksmų.
NCI studijų istorija
Pažymėtina, kad Rusijos mokslininko IP Pavlovo darbai apie sąlyginius refleksus tapo NC sąsajos kūrimo pagrindu. Taip pat svarbų vaidmenį tiriant NCI atliko jo paties darbas dėl smegenų žievės reguliavimo vaidmens. IP Pavlovo tyrimai vyko XX amžiaus pradžioje Sankt Peterburgo Eksperimentinės medicinos institute. Vėliau Pavlovo idėjas NC sąsajos kryptimi plėtojo sovietų fiziologas P. K. Anokhinas ir sovietų bei rusų neurofiziologė N. P. Bekhtereva. Pasauliniai NCI tyrimai pradėti tik praėjusio amžiaus aštuntajame dešimtmetyje Jungtinėse Valstijose. Eksperimentai buvo atlikti su beždžionėmis, žiurkėmis ir kitais gyvūnais. Tyrimų metu su eksperimentinėmis beždžionėmis dirbantys mokslininkai išsiaiškino, kad už jų galūnių judesius atsakingos tam tikros smegenų sritys. Nuo šio atradimo tolesnis NCI likimas buvo užantspauduotas.
Elektroencefalografija (EEG)
Elektroencefalografija – tai smegenų elektroninių impulsų skaitymo metodas neinvaziniu būdu prie žmogaus galvos pritvirtinant elektrodus. Neinvazinis metodas – tai metodas, kai elektrodai tvirtinami prie žmogaus ar gyvūno galvos, be tiesioginio įkišimo į smegenų žievę. EEG metodas pasirodė palyginti seniai ir labai prisidėjo prie smegenų ir kompiuterio sąsajos kūrimo. EEG metodas vis dar naudojamas ir šiandien, nes yra nebrangus ir efektyvus.
NCI etapai
Iš žmogaus smegenų gaunama informacija apdorojamaelektroninis įrenginys keturiais veiksmais:
- Gaukite signalą.
- Išankstinis gydymas.
- Duomenų aiškinimas ir klasifikavimas.
- Duomenų išvestis.
Pirmasis etapas
Pirmajame etape elektrodai įvedami tiesiai į smegenų žievę (invazinis metodas) arba pritvirtinami prie galvos paviršiaus (neinvazinis metodas). Prasideda informacijos skaitymo iš smegenų ląstelių procesas. Elektrodai renka duomenis iš atskirų neuronų sistemų, atsakingų už įvairius veiksmus.
Parengiamasis gydymas
Antrame smegenų ir kompiuterio sąsajos etape gauti signalai iš anksto apdorojami. Įrenginys išskiria signalo charakteristikas, kad supaprastintų sudėtingą duomenų sudėtį, pašalintų nereikalingą informaciją ir triukšmą, trukdantį aiškiems smegenų signalams.
Trečias etapas
Trečiame NDT sąsajos etape informacija iš elektrinių impulsų interpretuojama į skaitmeninį kodą. Tai reiškia veiksmą, signalą, kurį davė smegenys. Tada gauti kodai klasifikuojami.
Duomenų išvestis
Informacija išvedama ketvirtame etape. Suskaitmeninti duomenys išvedami į įrenginį, prijungtą prie smegenų, kuris vykdo mintyse duotą komandą.
Neuroprotezavimas
Viena iš pagrindinių smegenų sąsajos įgyvendinimo sričių yra medicina. Nervų protezai skirti atkurti ryšį tarp žmogaus smegenų ir jo organų veiklos, pakeisti ligos ar traumos pažeistus organus, vėliau atkuriant sveiko organizmo funkcijas. NCI gali būti ypač naudinga žmonėms, sergantiems paralyžiumi ar praradusiems galūnes. Naudojant neuroninius protezus, naudojamas smegenų ir kompiuterio sąsajos veikimo principas. Paprasčiau tariant, žmogui yra protezuojamos rankos ar kojos, iš kurių elektroniniai implantai patenka į smegenų sritį, atsakingą už šios galūnės judėjimą. Neuroprotezavimas išlaikė daugybę testų, tačiau masinio jo naudojimo sudėtingumas slypi tame, kad NCI negali iki galo nuskaityti smegenų signalų, o protezų valdymas kasdieniame gyvenime už laboratorijos ribų yra sudėtingas. Prieš keletą metų Rusija norėjo pradėti gaminti neuroprotezus, tačiau iki šiol tai neįgyvendinta.
Klausos protezai
Jei galūnių protezavimas dar nepasirodė masinėje rinkoje, tai kochlearinis implantas (protezas, padedantis atkurti klausą) naudojamas jau seniai. Kad jį gautų, pacientas turi turėti ryškų sensorineurinį klausos praradimą (tai yra toks klausos praradimas, kai sutrinka klausos aparato gebėjimas priimti ir analizuoti garsus). Klausos atkūrimas kochleariniu implantu taikomas tada, kai įprastas klausos aparatas neduoda laukiamų rezultatų. Implantas implantuojamas į ausies aparatą ir šalia esančią galvos dalį chirurginės operacijos metu. Kaip ir bet kuri kita smegenų ir mašinos sąsaja, kochlearinis implantas turi visiškai tikti jį nešiojančiam asmeniui. Kad išmoktų juo naudotis ir imtų suvokti implantą kaip naują ausį, pacientas turi praeiti ilgą reabilitacijos kursą.
NCI ateitis
Pastaruoju metu apie dirbtinį intelektą galite išgirsti ir skaityti visur. Tai reiškia, kad pildosi daugelio žmonių svajonė – netrukus mūsų smegenys įsilies į simbiozę su technologijomis. Be jokios abejonės, tai bus nauja žmonijos raidos era. Naujas žinių lygis ir galimybės. Smegenų ir kompiuterio sąsajos dėka daugelyje mokslo sričių atsiras daugybė naujų ir svarbių atradimų. Be to, kad NCI naudojamas medicinos tikslais, jis jau gali prijungti vartotoją prie virtualios realybės įrenginių. Pavyzdžiui, virtuali kompiuterio pelė, klaviatūra, simboliai virtualios realybės žaidimuose ir kt.
Valdymas be rankų
Pagrindinė neurokompiuterio sąsajos užduotis – rasti galimybę valdyti įrangą be raumenų pagalbos. Atradimai šioje srityje suteiks žmonėms, sergantiems paralyžiumi, daugiau galimybių judėti, vairuoti ir naudotis prietaisais. Jau dabar NCI sklandžiai sujungia žmogaus smegenis ir kompiuterio dirbtinį intelektą. Tai tapo įmanoma giliai ištyrus žmogaus smegenų principus. Jų pagrindu sudaromos programos, kuriose veikia NCI ir dirbtinis intelektas.
NTI robotikoje
Mokslininkai išsiaiškino, kad tam tikros smegenų sritys yra atsakingos už raumenų judėjimą, jiems iškart kilo mintis, kad žmogaus smegenys gali valdyti ne tik savo kūną, bet ir humanoidinę mašiną. Dabar kuriama daug įvairių robotų mašinų. Įskaitant humanoidus. Robotikai stengiasi savo humanoidiniuose darbuoseimituoti tikrų žmonių elgesį. Tačiau kol kas programavimas ir dirbtinis intelektas su šia užduotimi susidoroja šiek tiek prasčiau nei NCI. Naudodami NC sąsają galite valdyti robotų galūnes per atstumą. Pavyzdžiui, tose vietose, kur žmogui neįmanoma prieiti. Arba atliekant darbus, kuriems reikalingas papuošalų tikslumas.
NCI nuo paralyžiaus
Be jokios abejonės, medicinoje pati paklausiausia yra smegenų ir kompiuterio sąsaja. Protezuotų rankų, kojų valdymas, neįgaliojo vežimėlio valdymas protu, informacijos valdymas išmaniuosiuose telefonuose, kompiuteriuose be rankų ir t.t.. Jei šios naujovės taps visur, pagerės šiuo metu ribotų judėjimo galimybių žmonių gyvenimo lygis. Smegenys nedelsdamos perduos komandas į prietaisus, aplenkdamos kūną, o tai padės žmogui su negalia geriau prisitaikyti prie aplinkos. Tačiau bandydami neuroprotezuoti specialistai susiduria su problemomis, kurių sprendimo neranda iki šiol.
Smegenų ir kompiuterio sąsajos privalumai ir trūkumai
Nepaisant to, kad naudojant NC sąsają yra daug privalumų, jos naudojimas taip pat turi trūkumų. Privalumas kuriant NCI medicinoje yra tai, kad žmogaus smegenys (ypač jų žievė) labai gerai prisitaiko prie pokyčių, dėl kurių NCI sąsajos galimybės yra beveik neribotos. Klausimas slypi tik už naujų technologijų kūrimo ir atradimo. Tačiau čia yra tam tikrų problemų.
Kūno audinių nesuderinamumas su prietaisais
Pirma, jei įvesiteimplantai invaziniu būdu (audinių viduje), labai sunku pasiekti visišką jų suderinamumą su paciento audiniais. Tos medžiagos ir pluoštai, kurie turi būti visiškai implantuoti į organinį audinį, tik kuriami.
Netobula technika, palyginti su smegenimis
Antra, elektrodai vis dar daug paprastesni nei smegenų neuronai. Jie dar nesugeba perduoti ir priimti visos informacijos, kurią gali lengvai apdoroti smegenų nervinės ląstelės. Todėl sveiko žmogaus galūnių judėjimas yra daug greitesnis ir tikslesnis nei neuroprotezų judėjimas, o sveika ausis garsus suvokia aiškiau ir teisingiau nei ausis su kochleariniu implantu. Jei mūsų smegenys žino, kokią informaciją filtruoti ir ką laikyti pagrindine, tai įrenginiuose su dirbtiniu intelektu tai atlieka žmogaus parašyti algoritmai. Kol jie gali atkartoti sudėtingus žmogaus smegenų algoritmus.
Per daug kintamųjų valdyti
Kai kurie moksliniai institutai artimiausiu metu planuoja sukurti ne atskirą kojos ar rankos neuroprotezą, o visą egzoskeletą žmonėms, sergantiems cerebriniu paralyžiumi. Naudojant šią protezavimo formą, egzoskeletas turi gauti informaciją ne tik iš galvos, bet ir iš nugaros smegenų. Su tokiu prietaisu, prijungtu prie visų svarbių kūno nervų galūnėlių, žmogų galima pavadinti tikru kiborgu. Egzoskeleto nešiojimas leis visiškai paralyžiuotam žmogui atgauti galimybę judėti. Tačiau problema ta, kad judėjimo įgyvendinimas nėra viskas, ko reikalaujama iš NCI. Egzoskeletastaip pat turi atsižvelgti į pusiausvyrą, judesių koordinaciją, orientaciją erdvėje. Nors užduotis vienu metu įgyvendinti visas šias komandas yra sudėtinga.
Žmonių baimė dėl naujo
Neinvazinis implantų įdėjimo metodas yra veiksmingas laboratorinėmis sąlygomis, tačiau įprastame gyvenime šis metodas vargu ar pateisins jam keliamus lūkesčius. Kontaktas su tokiu ryšiu yra silpnas, jis daugiausia naudojamas signalams nuskaityti. Todėl medicinoje ir neuroprotezuojant jie paprastai naudoja chirurginį elektrodų įvedimo į kūną metodą. Tačiau mažai žmonių sutiks derinti savo kūną ir nežinomą techniką. Iš Holivudo filmų išgirdę apie terminatorius ir kiborgus, žmonės bijo progreso ir naujovių, ypač kai jos liečia žmogų tiesiogiai.
