Какво трябва да знаете за технологията, контролирана от ума

Източник: Thinkstock

Контролът на обект или видео игра с ума ви звучи като нещо извън научнофантастичен филм, но джаджи, които превеждат мозъчните вълни в команди, управляващи компютър, вече са реалност. Технологията, контролирана от ума, използва интерфейс мозък-компютър, за да установи пътя на комуникация между мозъка на потребителя и външно устройство. Той има потенциал да увеличи или дори да поправи увредения слух, зрение или движение на пациентите. EEG сензорите са включени в игралните системи, които позволяват на играча да контролира какво се случва на екрана със слушалки, контролираните с ЕЕГ екзоскелети превеждат мозъчните сигнали на потребителите в движения, а имплантираните електроди дават възможност на пациентите да контролират бионичните крайници.



Технологията, контролирана от ума, върху която днес работят изследователите, стартира през 20-те години на миналия век, когато изследователите откриват електрическата активност на човешкия мозък и разработват електроенцефалография (ЕЕГ), практиката на запис на тази електрическа активност по скалпа. Изследователите откриха, че невроните предават информация чрез електрически „шипове“, които могат да бъдат записани с тънка метална жица или електрод. До 1969 г. изследовател на име Еберхард Фец е свързал един неврон в мозъка на маймуна за набиране, което животното може да види. Маймуната се научи да прави неврона по-бърз, за ​​да мести циферблата, за да получи награда и макар Фец да не го осъзнае по това време, той създаде първия интерфейс мозък-машина.


VPN

Преди 30 години физиолозите започват да записват от много неврони при животни и откриват, че докато цялата моторна кора светва с електрически сигнали, когато едно животно се движи, един неврон има тенденция да стреля най-бързо във връзка с определени движения. Ако записвате сигнали от достатъчно неврони, можете да получите груба представа за движението, което човек прави или възнамерява да направи. Изследователите разработиха алгоритми за реконструиране на движения, образуващи неврони на моторна кора и през 80-те Апостолос Георгопулос откри връзка между електрическия отговор на единичните неврони и посоката, в която те движат ръцете си. От средата на 90-те години на ХХ век изследователите успяха да уловят сложни моторни кортекови сигнали, записани от групи неврони, и да ги използват за управление на електронни устройства, изграждайки мозъчно-компютърни интерфейси, които позволяват това, което наричаме технология, контролирана от ума.

Докато ЕЕГ се очертава като обещаващ начин за парализирани пациенти да контролират устройства като компютри или инвалидни колички - като носят капачка и преминат обучение, за да се научат да контролират устройство като инвалидна количка, като представят, че движат част от тялото си или задействат команди със специфични умствени задачи - през 2010 г. MIT’s Technology Review съобщи, че някои изследователи са отбелязали, че EEG има ограничена точност и може да открие ограничен брой команди. Поддържането на умствени упражнения, докато се опитвате да маневрирате с инвалидна количка около сложна среда, може да бъде уморително, а необходимата концентрация създава шумни сигнали, които могат да бъдат по-трудни за интерпретиране на компютър. Така че някои експериментират с споделен контрол, който комбинира контрола на мозъка с изкуствен интелект за друга техника, която може да помогне за превръщането на суровите мозъчни сигнали в по-сложни команди. При споделен контрол пациентите ще трябва непрекъснато да инструктират инвалидна количка да се движи напред. Ще трябва да мислят командата само веднъж и софтуерът ще поеме от там.

Миналата година MIT's Technology Review докладва за проучване, в което парализирана жена използва ума си, за да контролира роботизирана ръка. Ян Шеерман, жена с диагноза болест, наречена спиноцеребеларна дегенерация, претърпя мозъчна операция, при която лекарите използваха въздушен пистолет, за да стрелят две легла от силиконови игли, наречени масив от електрод на Юта, в моторната й кора, тънката лента на мозъка, която тече над горната част на главата до челюстите и контролира доброволното движение. Имплантите й позволяват да бъде включена в роботизирана ръка, която контролира с ума си в Университета в Питсбърг, където той го използва за преместване на блокове, подреждане на конуси или за даване на високи петици.



Електродният масив в Юта записва от малки популации неврони, за да предостави сигнали за интерфейс мозък-компютър. В масив от Юта сигналите се получават само от върховете на всеки електрод, което ограничава количеството информация, което може да бъде получено наведнъж. Но 192-те електроди на имплантатите на Шеерман са записали повече от 270 неврона едновременно, което е най-измерваното в един момент от човешкия мозък.

Изследователите по случая на Scheuermann демонстрираха нейните способности с теста за оръжие за действие, използвайки същия комплект от дървени блокове, мрамори и чаши, които лекарите използват за оценка на сръчността на ръцете. Тя отбеляза 17 от 57 - приблизително както и някой с тежък удар - докато без роботизираната ръка, тя щеше да отбележи нула. Но някои от недостатъците на технологията станаха очевидни и контролирането на ръката стана по-трудно, тъй като имплантите спират да записват във времето. Мозъкът е враждебна среда за електрониката и движенията на масива могат да натрупат белег тъкан с течение на времето. С течение на времето могат да бъдат открити по-малко неврони.



Scheuermann е един от около 15 до 20 парализирани пациенти в дългосрочни проучвания на импланти, които могат да предават информация от мозъка до компютър. Девет други са преминали подобни тестове в свързано проучване, наречено BrainGate, а четирима „заключени“ пациенти, които не могат да се движат или говорят, са възвърнали някаква способност за комуникация благодарение на различен вид електрод, разработен от компания, наречена Neural сигнали.

трансформатори филми боксофис

През 2011 г. Американската администрация по храните и лекарствата заяви, че ще отслаби правилата си за тестване на „наистина новаторски технологии“ като интерфейси мозък-машина и още изследователи са предприели експерименти с хора. Изследователи от Caltech искат да дадат на пациента „автономен контрол над операционната система за таблети Google Android“, а екип от Държавния университет в Охайо, в сътрудничество с изследователска и развойна фирма Battelle, възнамерява да използва мозъчните сигнали на пациента за контрол на стимулатори, прикрепени към него ръка в процеса Бател описва като „реанимиране на парализиран крайник под доброволен контрол от мислите на участника“.

Тези изследвания разчитат на факта, че записването на електрическата активност на няколко десетки клетки в мозъка може да даде доста точна картина за това как някой възнамерява да движи крайник и голяма част от технологиите все още са експериментални. Джон Donoghue, невролог на университета в Браун, който ръководи изследването BrainGate, сравнява днешните интерфейси на мозъка и машината с първите пейсмейкъри, които разчитат на колички електроника и използвани проводници, пробити през кожата в сърцето. Някои бяха ръчно затворени. Donoghue обяснява: „Когато не знаете какво се случва, държите колкото е възможно повече отвън и възможно най-малко от вътрешната страна.“ Днешните пейсмейкъри са автономни, захранвани от дълготрайна батерия и инсталиран в лекарски кабинет, а Donoghue казва, че интерфейсите мозък и машина започват подобна траектория.

През годините учените са изградили по-добри и по-добри декодери - софтуер за интерпретация на невронни сигнали, което им дава възможност да експериментират с по-амбициозни схеми за контрол. Изследователите трябва да създадат интерфейс, който да продължи 20 години. Решаването на този проблем би позволило на хиляди пациенти да контролират инвалидни колички, компютърни курсори или дори собствените си крайници. Изследователите работят за разработването на ултратънки електроди, създават версии, които са по-съвместими с човешкото тяло, или създават листове с гъвкава електроника, които биха могли да се увият около горната част на мозъка.

Новите медицински изделия ще трябва да бъдат безопасни, полезни и икономически жизнеспособни - изисквания, които интерфейсите мозък-машина понастоящем не отговарят. Все още не е ясно каква точно форма трябва да приеме потенциалният продукт. Продуктът на високо ниво, който повечето изследователи имат предвид, е технология, която би улеснила живота на квадриплегиците. Но има само около 40 000 пациенти в САЩ с пълна квадриплегия и по-малко с напреднал ALS. Но някои смятат, че технологията може да има по-широко приложение, като например да помогне за рехабилитация на пациенти с инсулт. А някои технологии за запис могат да бъдат полезни за разбиране на психиатрични заболявания, като депресия или обсесивно-компулсивно разстройство.

Възможно е подобряването на интерфейсите мозък и компютър да включва подобряване не само на технологията, но и на мозъка на хората, които я използват. През септември проучване, проведено от изследователи от университета в Минесота, установи, че хората, които практикуват йога и медитация в дългосрочен план, могат да се научат да контролират компютър с ума си по-бързо и по-ефективно, отколкото хората с малък или никакъв опит в йога или медитация. Както Science Daily съобщава по това време, в проучването са участвали 36 участници: 24, които са имали малко или никакъв опит с йога или медитация, и 12, които имат поне една година опит в практикуването на йога или медитация, най-малко два пъти седмично в продължение на един час.

И двете групи участници бяха нови в системите, които използват мозъка за управление на компютър, и двамата участваха в три двучасови експеримента, в които носеха „високотехнологична, неинвазивна“ капачка, която привлича мозъчната дейност. Те бяха помолени да преместят компютърен курсор по екрана, като си представят движенията на лявата или дясната ръка. Изследователите откриха, че участниците с опит в йога или медитация са два пъти по-склонни да успеят да изпълнят задачата за интерфейс мозък-компютър до края на 30 изпитания и научиха три пъти по-бързо от своите колеги за експерименти с движението на курсора вляво-вдясно ,

Водещият изследовател на изследването беше Бин Хе, професор по биомедицинско инженерство в Колежа по наука и инженерство на Университета на Минесота и директор на Института за инженерно медицина на университета, който привлече международното внимание през 2013 г., когато членовете на неговия изследователски екип бяха в състояние да контролират летящ робот с ума си. Въпреки това те откриха, че не всеки може толкова лесно да се научи да контролира компютър с мозъка си и много от тях бяха неуспешни след дори многократни опити.

Следващата стъпка за Той и неговия изследователски екип е да проучат група участници във времето, които за първи път практикуват йога или медитация, за да проверят дали способността им да контролират интерфейса мозък и компютър се подобрява. „Нашата крайна цел е да помогнем на хората, които са парализирани или имат мозъчни заболявания, да си върнат мобилността и независимостта“, каза той. „Трябва да разгледаме всички възможности за подобряване на броя на хората, които биха могли да се възползват от нашите изследвания.“

Още от Tech Cheat Sheet:

  • Този нов тип евтин план за данни може да навреди на неутралността на мрежата
  • Кой строи електрическата кола на Apple?
  • 43 топ лидери, които донесоха технологията до новата ера