Технология интерфейса мозг-компьютер переходит из лаборатории в нашу жизнь

Взаимодействие нашего мозга с компьютерами вызывает в воображении видения либо подключения к Матрице, либо бега по лесам Пандоры в Аватаре. Связывание разума с машиной обсуждалось с тех пор, как мы начали понимать хитросплетения нервной системы и то, как мы можем интегрировать ее с компьютерными технологиями. Мы можем видеть это в ранних научно-фантастических тропах, когда бестелесные мозги управляют многочисленными машинами для выполнения злонамеренных приказов какой-то сущности.  

Интерфейсы мозг-компьютер (BCI) существуют уже довольно давно. Жак Видаль, почетный профессор Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, изучавший эти системы в 1970-х годах, ввел термин BCI. Основная предпосылка заключается в том, что человеческий мозг — это центральный процессор, который обрабатывает сенсорную информацию и посылает электрические сигналы в виде команд. Это был небольшой скачок логики, чтобы предположить, что компьютеры могут быть запрограммированы для интерпретации этих сигналов и отправки своих собственных сигналов на том же языке. Установив этот общий язык, теоретически мозг и машина могут разговаривать друг с другом. 

Двигаем… с чувством 

Многие приложения BCI находятся в области нервной реабилитации. Ученым давно известно, что определенные функции локализованы в определенных областях мозга, и, зная «карту мозга», мы можем стимулировать эти области для выполнения соответствующих функций. Например, имплантируя электроды в моторную кору, людей с отсутствующими конечностями можно научить двигаться или манипулировать протезами, «думая» о движении руки. Точно так же электроды могут быть размещены вдоль поврежденного спинного мозга, чтобы посылать сигналы для движения парализованными конечностями. Эта технология также используется для зрительных протезов, чтобы заменить или восстановить зрение у определенных людей. 

Целью нейропротезов является не просто имитация утраченной двигательной функции. Например, когда мы берем яйцо, наш мозг сообщает нам, насколько крепким должен быть наш захват, чтобы мы не раздавили его. Шарлин Флешер является частью команды Питтсбургского университета, которая интегрирует эту функцию в конструкции своих протезов. Воздействуя также на область мозга, которая «ощущает» или ощущает тактильную стимуляцию (соматосенсорная кора), команда Флешера надеется воссоздать подобие механизма обратной связи, который позволит нам модулировать прикосновение и давление, что очень важно при выполнении упражнений. более мелкая моторика рук. 

Фишер говорит, что «чтобы полностью восстановить функцию верхней конечности, нужно использовать наши руки для взаимодействия с окружающей средой и иметь возможность чувствовать, к чему прикасаются эти руки», а для того, чтобы «действительно манипулировать объектами, вам нужно знать, какие пальцы соприкасаются, какую силу прилагает каждый палец, а затем использовать эту информацию для выполнения следующего движения». 

Фактические напряжения, при которых мозг посылает и получает импульсы, очень низки — около 100 милливольт (мВ). Получение и усиление этих сигналов было огромным камнем преткновения в исследованиях BCI. Традиционный способ прямой имплантации электродов в головной или спинной мозг сопряжен с неизбежными рисками хирургических процедур, такими как кровотечение или инфекция. С другой стороны, неинвазивные «нейронные корзины», подобные тем, которые используются в электроэнцефалограммах (ЭЭГ), затрудняют прием и передачу сигнала из-за «шума». Костяной череп может рассеивать сигналы, а внешняя среда может мешать восприятию. Кроме того, для подключения к компьютеру требуется сложная проводка, которая ограничивает мобильность, поэтому большинство настроек BCI в настоящее время находятся в пределах лабораторных условий. 

Флешер признает, что эти ограничения также ограничивают клиническое применение для определенной группы населения, имеющей доступ к этим разработкам. Она считает, что привлечение большего числа исследователей из разных областей могло бы стимулировать развитие и, возможно, найти инновационные решения для преодоления этих препятствий. 

«Работа, которую мы делаем, должна вдохновить других на изучение этой технологии… Эксперты в различных областях, работающие над достижением одной цели, — это гораздо более быстрый путь к предоставлению наилучших решений для пациентов». 

На самом деле исследователи и разработчики более глубоко изучают BCI не только для преодоления этих ограничений, но и для разработки новых приложений, которые вызвали бы больший общественный интерес. 

Из лаборатории в игру 

Начав со студенческого стартапа Мичиганского университета, компания Neurable из Бостона теперь стала одним из самых заметных игроков в растущей области BCI, исследуя другой подход к технологии BCI. Вместо создания собственного оборудования Neurable разработала проприетарное программное обеспечение, которое использует алгоритмы для анализа и обработки сигналов, поступающих от мозга.  

«В Neurable мы заново поняли, как работают мозговые волны», — объясняет генеральный директор и основатель доктор Рамзес Алкайд. «Теперь мы можем получать эти сигналы из стандартных установок ЭЭГ и комбинировать их с нашими алгоритмами обучения, чтобы прорезать шум и найти правильные сигналы с высокой скоростью и точностью». 

Еще одно неотъемлемое преимущество, по словам Alcaide, заключается в том, что их комплект для разработки программного обеспечения (SDK) не зависит от платформы, а это означает, что его можно применять к любому совместимому программному обеспечению или устройству. Это отделение от формы «исследовательской лаборатории» является сознательным бизнес-решением компании, чтобы открыть возможности того, где и как можно применять технологию BCI. 

«Исторически BCI находились в пределах лаборатории, и то, что мы делаем, — это создание продукта, от которого каждый может получить пользу, поскольку наши SDK могут использоваться в любом качестве, медицинском или нет». 

Это потенциальное освобождение делает технологию BCI привлекательной для многих приложений. В опасных профессиях, таких как правоохранительные органы или пожаротушение, моделирование сценариев реальной жизни без необходимой опасности может оказаться бесценным для учебного процесса. 

Потенциальное коммерческое применение в области игр также вызывает большой интерес. Любители игр уже мечтают о полном погружении в виртуальный мир, где сенсорная среда максимально приближена к реальности. Без портативного контроллера геймеры могут «думать» о выполнении команд в виртуальной среде. Гонка за созданием максимально захватывающего игрового процесса побудила многие компании изучить коммерческие возможности BCI. Neurable видит будущее в коммерческой технологии BCI и выделяет ресурсы на этот путь развития. 

«Мы хотим, чтобы наша технология была встроена в как можно больше программных и аппаратных приложений», — говорит Алкайде. «Позволяя людям взаимодействовать с миром, используя только свою мозговую активность, это истинное значение нашего девиза: мир без ограничений».