Neurokomputer interfész: működési elv, alkalmazási kör, előnyök és hátrányok

Fokozatosan sok új dolog jön az életünkbe. A technológia fejlődése nem áll meg, holnap pedig lehetséges valami, amiről tegnap nem mertünk álmodni. A neurokomputer interfész (NCI) valódi kapcsolatot teremt az emberi agynak a technológiával, részleges kölcsönhatásukkal.

Mi az NCI?

Az NCI az emberi agy és az elektronikus eszköz közötti információcsere rendszere. A csere lehet kétirányú, amikor az elektromos impulzusok az eszközről az agyba és vissza érkeznek, vagy egyirányú, ha csak egy tárgy kap információt. Egyszerűbben fogalmazva, az NCI az úgynevezett "mind power management". Nagyon fontos felfedezés, amelyet az élet számos területén már széles körben használnak.

Hogyan működik az NCI?

Az agy neuronjai elektromos impulzusok segítségével továbbítják az információkat egymásnak. Ez egy nagyon összetett és bonyolult hálózat, amelyet a tudósok még nem tudnak teljes mértékben elemezni. De az NCI segítségével lehetővé vált az agyi impulzusok információinak egy részének olvasása és elektronikus eszközökre történő továbbítása. Ők, ban ben kapcsolja be, az impulzusokat cselekvéssé alakíthatja.

Az NCI tanulmányának története

Figyelemre méltó, hogy az NC interfész fejlesztésének alapja egy orosz tudós munkája volt. . Pavlova a kondicionált reflexekről. Az agykéreg szabályozó szerepével kapcsolatos munkája szintén fontos szerepet játszott az NCI vizsgálatában. Kutatás És. P. Pavlov tanfolyamait a huszadik század elején tartották a Kísérleti Orvostudományi Intézetben Szentpéterváron. Később Pavlov ötleteit az NK interfész irányába a szovjet fiziológus p fejlesztette ki. K. Anokhin és a szovjet és orosz neurofiziológus N. P. Bekhtereva. A globális NCI-kutatás csak az 1970-es években kezdődött az Egyesült Államokban. Kísérleteket végeztek majmokon, patkányokon és más állatokon. A kutatás során a kísérleti majmokkal dolgozó tudósok rájöttek, hogy az agy bizonyos területei felelősek végtagjaik mozgásáért. E felfedezés óta eldőlt az NCI későbbi sorsa.

Elektroencefalográfia (EEG)

Az elektroencefalográfia az elektronikus agyi impulzusok olvasásának módja az elektródák nem invazív rögzítésével az ember fejéhez. A nem invazív módszer olyan módszer, amelyben az elektródákat egy személy vagy állat fejéhez rögzítik, anélkül, hogy közvetlenül behelyeznék az agykéregbe. Az EEG módszer viszonylag régen jelent meg, és nagyban hozzájárult a neurokomputer interfész fejlesztéséhez. Az EEG módszert ma is használják, mert olcsó és hatékony.

Az NCI szakaszai

Az emberi agyból származó információkat egy elektronikus eszköz négy szakaszban dolgozza fel:

1. Jel fogadása.
2. Előfeldolgozás.
3. Az adatok értelmezése és osztályozása.
4. Adat kimenet.

Az első szakasz

Az első szakaszban az elektródákat vagy közvetlenül az agykéregbe helyezik (invazív módszer), vagy a fej felületéhez rögzítik (nem invazív módszer). Az információ olvasásának folyamata az agysejtekből kezdődik. Az elektródák adatokat gyűjtenek a különféle tevékenységekért felelős neuronok egyes rendszereiből.

Előfeldolgozás

Az agy–számítógép interfész második szakaszában a vett jeleket előre feldolgozzák. A készülék kivonja a jelek jellemzőit, hogy egyszerűsítse az adatok összetett összetételét, kiszűrje a felesleges információkat és zajokat, amelyek megakadályozzák az agyi jelek egyértelmű megkülönböztetését.

A harmadik szakasz

Az NC interfész harmadik szakaszában az információkat elektromos impulzusokból digitális kódba értelmezik. Azt a cselekvést jelöli, amelyre az agy adta a jelet. A kapott kódokat ezután osztályozzuk.

Adat kimenet

Az információ a negyedik szakaszban kerül kiadásra. A digitalizált adatok az agyhoz csatlakoztatott eszközre kerülnek, amely mentálisan adott parancsot hajt végre.

Neuroprotetikumok

Az agyi interfész megvalósításának egyik fő területe az orvostudomány. A neurális protéziseket úgy tervezték, hogy helyreállítsák az emberi agy kapcsolatát a szervek működésével, helyettesítsék a betegség vagy sérülés által károsított szerveket a funkciók későbbi helyreállításával egészséges test. Az NKI különösen jól segíthet a bénulásban vagy a végtagok elvesztésében szenvedő embereknek. Az működési elv a neurokomputer interfészt a neurális protézisek alkalmazásában használják. Nagyon egyszerűen fogalmazva, egy személy protetikus karokkal vagy lábakkal van felszerelve, elektronikus implantátumokkal, amelyekből az agynak a végtag mozgásáért felelős területe vezet. A neuroprotetikumok számos tesztet teljesítettek, de tömeges használatának nehézsége abban rejlik, hogy az NCI nem tudja teljes mértékben elolvasni az agyi jeleket, a protézisek kezelése pedig a laboratóriumon kívüli mindennapi életben nehézségeket okoz. Néhány évvel ezelőtt Oroszországban meg akarták állapítani a neuroprotézisek előállítását, de eddig nem hajtották végre.

Hallásprotézisek

Ha a végtagprotézisek még nem jelentek meg a tömegpiacon, akkor egy cochleáris implantátumot (a hallás helyreállítását segítő protézist) már régóta használnak. Ahhoz, hogy megkapja, a betegnek kifejezett mértékű szenzorineurális halláskárosodással kell rendelkeznie (azaz ilyen halláskárosodással, amelyben a hallókészülék képessége a hangok fogadására és elemzésére károsodott). A hallás helyreállítása egy cochleáris implantátum segítségével történik, ha egy hagyományos hallókészülék nem ad várt eredmények. Az implantátumot a műtét eredményeként beültetik a fülberendezésbe és a fej szomszédos részébe. Mint minden más neurokomputer interfész, a cochleáris implantátumnak teljesen alkalmasnak kell lennie a tulajdonos számára. Ahhoz, hogy megtanulják használni, és elkezdjék érzékelni az implantátumot új fülként, a betegnek hosszú rehabilitációs folyamaton kell átesnie.

Az NCI jövője

Manapság mindenhol hallani és olvasni lehet a mesterséges intelligenciáról. Ez azt jelenti, hogy sok ember álma valóra válik - hamarosan az agyunk szimbiózisba lép a technológiával. Kétségtelen, hogy ez az emberi fejlődés új korszaka lesz. A tudás és képességek új szintje. Az agy-számítógép interfésznek köszönhetően számos új és fontos felfedezés jelenik meg a tudomány számos területén. Amellett, hogy orvosi célokra használják, az NCI már csatlakoztathatja a felhasználót a virtuális valóság eszközeihez. Mint például egy virtuális számítógépes egér, billentyűzet, hősök a virtuális valóság játékokban. , stb.

Kéz nélküli vezérlés

A neurokomputer interfész fő feladata, hogy megtalálja a technika vezérlésének lehetőségét az izmok segítsége nélkül. Az ezen a területen végzett felfedezések több lehetőséget kínálnak a végtagbénulásban szenvedő embereknek a mozgásra, a közlekedés és a kütyük kezelésére. Még most is, az NCI zökkenőmentesen ötvözi az emberi agyat és a számítógépes mesterséges intelligenciát. Ez egy mélységnek köszönhetően vált lehetővé tanulmány az elvek az emberi agy. Ezek alapján összeállítják azokat a programokat, amelyeken az NCI és a mesterséges intelligencia dolgozik.

NCI a robotikában

Mivel a tudósok rájöttek, hogy az agy bizonyos területei felelősek az izmok mozgásáért, azonnal arra gondoltak, hogy az emberi agy nemcsak a saját testét, hanem egy humanoid gépet is képes irányítani. Sok különböző robot gépek jönnek létre most. Beleértve a humanoidokat. A robotisták arra törekszenek, hogy megismételjék az élő emberek viselkedését emberszerű műveikben. De eddig a programozás és a mesterséges intelligencia egy kicsit rosszabbul kezeli ezt a feladatot, mint az NCI. Az NC interfész segítségével távolról vezérelhető a robot végtagok. Például olyan helyeken, ahol az emberi hozzáférés lehetetlen. Vagy olyan munkáknál, amelyek ékszer pontosságot igényelnek.

NKI a bénuláshoz

Kétségtelen, hogy a legnépszerűbb a neurokomputer interfész az orvostudományban. A protézis karok, lábak, kerekesszék-vezérlés vezérlése gondolat segítségével, információkezelés okostelefonokban, kéz nélküli számítógépek stb. . Ha ezek az újítások mindenütt jelen vannak, a életszínvonal a jelenleg korlátozott mobilitású emberek száma növekedni fog. Az agy azonnal továbbítja a parancsokat az eszközöknek, megkerülve a testet, ami segít a fogyatékossággal élő személynek jobban alkalmazkodni a környezethez. De a neuroprotetika kipróbálása során a szakemberek olyan problémákkal szembesülnek, amelyekre ma nem találnak megoldást.

A neurokomputer interfész előnyei és hátrányai

Annak ellenére, hogy az NC interfész használatának számos előnye van, alkalmazásának hátrányai is vannak. Plusz az NC fejlődésében az orvostudományban az a tény, hogy az emberi agy (különösen a kéreg) nagyon jól alkalmazkodik a változásokhoz, így az NC interfész lehetőségei szinte korlátlanok. A kérdés csak az új technológiák fejlesztése és felfedezése mögött áll. De van néhány probléma itt.

A testszövetek inkompatibilitása az eszközökkel

Először is, ha az implantátumokat invazív módon (a szövetek belsejében) helyezik be, akkor nagyon nehéz teljes kompatibilitást elérni a beteg szöveteivel. Azok az anyagok és rostok, amelyeket teljes mértékben be kell ültetni a szerves szövetekbe, csak létrejönnek.

A technológia tökéletlensége az agyhoz képest

Másodszor, az elektródák még mindig sokkal egyszerűbbek, mint az agy neuronjai. Még nem képesek továbbítani és fogadni az összes olyan információt, amelyet az agy idegsejtjei könnyen kezelnek. Ezért a végtagok mozgása egészséges ember sokkal gyorsabb és pontosabb, mint a neuroprotézisek mozgása, és az egészséges fül tisztábban és helyesebben érzékeli a hangokat, mint egy implantátummal ellátott cochleáris fül. Ha az agyunk tudja, hogy mely információkat kell kiszűrni, és melyiket kell figyelembe venni, akkor a mesterséges intelligenciával rendelkező eszközökben az ember által írt algoritmusok végzik. Eddig nem tudják megismételni az emberi agy összetett algoritmusait.

Az ellenőrzésre szoruló változók nagy száma

Egyes tudományos intézetek a közeljövőben azt tervezik, hogy nem a láb vagy a kar külön neuroprotézisét hozzák létre, hanem egy teljes exoskeletont az agyi bénulásban szenvedők számára. A protézis ezen formájával az exoskeletonnak nemcsak az agyból, hanem a gerincvelőből is információt kell kapnia. Egy ilyen eszközzel, amely a test minden fontos idegvégződéséhez kapcsolódik, az embert valódi kiborgnak lehet nevezni. Az exoskeleton viselése lehetővé teszi, hogy egy teljesen megbénult személy visszanyerje a mozgás képességét. De a probléma az, hogy a mozgás végrehajtása nem minden, ami az NCI-től szükséges. Az exoskeletonnak figyelembe kell vennie az egyensúlyt, a mozgások összehangolását, az űrben való tájékozódást is. Míg ezeknek a parancsoknak az egyidejű végrehajtása nehéz.

Az emberek félelme az új

Az implantátum elhelyezésének nem invazív módszere laboratóriumi körülmények között hatékony, de a hétköznapi életben ez a módszer valószínűleg nem képes igazolni a rá helyezett reményeket. Az ilyen kapcsolattal való érintkezés gyenge, használják főleg a jelek olvasása. Ezért mind az orvostudományban, mind a neuroprotetikában általában az elektródák testbe történő behelyezésének sebészeti módszerét alkalmazzák. De kevés ember beleegyezik abba, hogy összekapcsolják testüket egy ismeretlen technikával. Miután hallottak a terminátorokról és a kiborgokról a hollywoodi filmekről, az emberek félnek a Haladástól és az innovációktól, különösen akkor, ha közvetlenül egy személyre vonatkoznak.