Технологія інтерфейсу мозок-комп’ютер виходить з лабораторії в наше життя

Взаємодія нашого мозку з комп’ютерами створює бачення або підключення до Матриці, або бігу через ліси Пандори в Аватарі. Про зв’язок розуму з машиною роздумували з тих пір, як ми почали розуміти тонкощі нервової системи — і як ми можемо інтегрувати її з комп’ютерними технологіями. Ми можемо бачити це в ранніх науково-фантастичних тропах, як безтілесний мозок керує численними машинами, щоб виконувати зловмисні пропозиції якоїсь сутності.  

Інтерфейси мозок-комп’ютер (BCI) існують вже досить давно. Жак Відаль, почесний професор Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі, який вивчав ці системи в 1970-х роках, ввів термін BCI. Основна передумова полягає в тому, що людський мозок — це центральний процесор, який обробляє сенсорну інформацію та надсилає електричні сигнали як команди. Було невеликим логічним кроком висунути гіпотезу про те, що комп’ютери можна запрограмувати інтерпретувати ці сигнали та надсилати власні сигнали тією ж мовою. Встановивши цю спільну мову, теоретично мозок і машина можуть спілкуватися один з одним. 

Переміщуючи це … з почуттям 

Багато застосувань BCI знаходяться в сфері нервової реабілітації. Вчені давно знають, що певні функції локалізовані в певних областях мозку, і, знаючи «карту мозку», ми можемо стимулювати ці області виконувати свої функції. Наприклад, імплантувавши електроди в моторну кору, людей із відсутніми кінцівками можна навчити рухати або маніпулювати протезами, «думаючи» про рух рукою. Так само електроди можна розмістити вздовж пошкодженого спинного мозку, щоб надсилати сигнали для руху паралізованих кінцівок. Ця технологія також використовується для зорових протезів, щоб замінити або відновити зір у деяких людей. 

Для нейропротезів мета не просто імітувати втрачену рухову функцію. Наприклад, коли ми беремо яйце, наш мозок підказує нам, наскільки міцним має бути наш хват, щоб ми його не розчавили. Шарлін Флешер є частиною команди з Університету Пітсбурга, яка інтегрує цю функцію у свої конструкції протезів. Націлюючись також на область мозку, яка «відчуває» або відчуває тактильну стимуляцію (соматосенсорна кора), команда Флешера сподівається відтворити подібність механізму зворотного зв’язку, який дозволяє нам модулювати дотик і тиск, що є важливим для виконання тонкі рухи кисті. 

Фішер каже, «щоб повністю відновити функцію верхньої кінцівки, потрібно використовувати наші руки для взаємодії з навколишнім середовищем і мати можливість відчувати, чого ці руки торкаються», і для того, «щоб справді маніпулювати об’єктами, вам потрібно знати, які пальці стикаються, яку силу докладає кожен палець, а потім використовувати цю інформацію, щоб зробити наступний рух». 

Фактичні напруги, при яких мозок надсилає та приймає імпульси, дуже низькі — близько 100 мілівольт (мВ). Отримання та посилення цих сигналів було великим перешкодою в дослідженнях BCI. Традиційний шлях прямої імплантації електродів у головний або спинний мозок несе в собі неминучі ризики хірургічних процедур, як-от кровотеча або інфекція. З іншого боку, неінвазивні «нейронні корзини», як ті, що використовуються в електроенцефалограмах (ЕЕГ), утруднюють прийом і передачу сигналу через «шум». Кістковий череп може розсіювати сигнали, а зовнішнє середовище може перешкоджати поглинанню. Крім того, для підключення до комп’ютера потрібна складна проводка, яка обмежує мобільність, тому наразі більшість налаштувань BCI знаходяться в межах лабораторних умов. 

Флешер визнає, що ці обмеження також обмежили клінічні застосування певною групою населення, яка мала доступ до цих розробок. Вона вважає, що залучення більшої кількості дослідників із різних галузей може підштовхнути розвиток і, можливо, запропонувати інноваційні рішення для цих перешкод. 

«Робота, яку ми виконуємо, має спонукати інших досліджувати цю технологію... Експерти в різних галузях, які працюють над тією самою метою, є набагато швидшим шляхом надання найкращих рішень пацієнтам». 

Насправді дослідники та дизайнери глибше вивчають BCI не лише для того, щоб подолати ці обмеження, але й щоб розробити нові програми, які викликають більший інтерес у громадськості. 

З лабораторії в гру 

Зі свого початку як студентського стартапу в Університеті штату Мічиган, Neurable, що базується в Бостоні, став одним із найпомітніших гравців у зростаючій галузі BCI, досліджуючи інший підхід до технології BCI. Замість того, щоб створювати власне обладнання, Neurable розробила власне програмне забезпечення, яке використовує алгоритми для аналізу та обробки сигналів від мозку.  

«У Neurable ми заново зрозуміли, як працюють мозкові хвилі», — пояснює генеральний директор і засновник доктор Рамзес Алкайде. «Тепер ми можемо отримати ці сигнали зі стандартних налаштувань ЕЕГ і поєднати це з нашими алгоритмами навчання, щоб прорізати шум і знайти правильні сигнали з високою швидкістю та точністю». 

За словами Alcaide, ще однією невід’ємною перевагою є те, що їхній комплект розробки програмного забезпечення (SDK) не залежить від платформи, що означає, що його можна застосовувати до будь-якого сумісного програмного забезпечення чи пристрою. Це відокремлення від «дослідницької лабораторії» є свідомим бізнес-рішенням компанії, щоб відкрити можливості для того, де і як можна застосувати технологію BCI. 

«Історично BCI містилися в лабораторії, і те, що ми робимо, — це створення продукту, який може бути корисним для кожного, оскільки наші SDK можна використовувати в будь-якій якості, як у медичних, так і ні». 

Це потенційне звільнення робить технологію BCI привабливою для багатьох застосувань. У небезпечних професіях, як-от правоохоронні органи чи пожежники, імітація реальних сценаріїв без необхідної небезпеки може виявитися неоціненною для процесу навчання. 

Потенційне комерційне застосування у сфері ігор також викликає великий ажіотаж. Ігрові ентузіасти вже мріють повністю зануритися у віртуальний світ, де сенсорне середовище максимально наближене до реальності. Без портативного контролера геймери можуть «подумати» про виконання команд у віртуальному середовищі. Гонка за створення найбільш захоплюючого ігрового досвіду спонукала багато компаній вивчити комерційні можливості BCI. Neurable бачить майбутнє в комерційній технології BCI і спрямовує ресурси на цей шлях розвитку. 

«Ми хочемо бачити нашу технологію вбудованою в якомога більше програмного та апаратного забезпечення», — каже Alcaide. «Дозволяти людям взаємодіяти зі світом, використовуючи лише мозкову активність, ось справжнє значення нашого девізу: світ без обмежень».