как подключить мозг к компьютеру

Перепрошить мозг: что такое нейроинтерфейсы и на что они способны

Что такое нейроинтерфейс

Нейроинтерфейс (или интерфейс «мозг — компьютер») — это устройство и технология для обмена информацией между мозгом и внешним устройством: компьютером, смартфоном, экзоскелетом или протезом, бытовыми приборами, инвалидной коляской или искусственными органами чувств. Самый распространенный пример — прибор для электроэнцефалограммы (ЭЭГ), который используют в медицине с 1970-х годов.

История создания нейроинтерфейсов

Первым прототипом нейроинтерфейса считается электродное устройство Stimoceiver, изобретенное в 1950-х годах. Его испытали на мозге быка, заставив животное изменить направление движения.

В 1972-м ученые выпустили первый нейропротез для глухих — кохлеарный имплант, которым, по данным за 2019 год, пользуются более 700 тыс. человек в мире.

В 1998 году американский невролог Филипп Кеннеди впервые вживил нейроинтерфейс в мозг Джонни Рея, художника и музыканта, который был полностью парализован из-за травмы ствола головного мозга. Он управлял курсором на мониторе, представляя движения рук.

В 2000 году группа во главе с бразильским ученым Мигелем Николелесом создала нейроинтерфейс, который позволял обезьяне управлять джойстиком при помощи мысли. В 2021-м этот опыт повторили в Neuralink, но уже с инвазивным нейроинтерфейсом. В 2004-м появился электронный нейрочип от Cyberkinetics Inc., который вживили парализованному американцу Мэтью Бейглу, чтобы он мог управлять роборукой с помощью мозга.

В последние годы главные прорывы происходят в области нейропротезирования. В 2015 году калифорнийские исследователи разработали нейроинтерфейс, который позволяет ходить людям, парализованным по пояс. В 2016-м ученые из Германии, Швейцарии и США с помощью нейроинтерфейса смогли частично восстановить поврежденный спинной мозг пациента. В том же году британец Нил Харбиссон, от рождения не различающий цвета, разработал специальную камеру, которая преобразовывает цвет в звуки и посылает их во внутреннее ухо. А в 2021-м группа исследователей из Калифорнии создала нейропротез, который помогает улучшить память на 30%.

Типы нейроинтерфейсов

По типу взаимодействия нейроинтерфейсы бывают однонаправленные и двунаправленные. Первые либо принимают сигналы от мозга, либо посылают их ему. Вторые могут и посылать, и принимать сигналы одновременно. Однонаправленные уже существуют и функционируют, тогда как двунаправленные пока что представлены только в виде концепции.

По расположению различают инвазивные, малоинвазивные и неинвазивные нейроинтерфейсы. Первые вживляют в мозг, вторые располагают на поверхности мозга, а треть — на голове. Чем ближе к мозгу расположены электроды нейроинтерфейсов, тем лучше они передают сигнал.

С точки зрения функций выделяют нейроинтерфейсы для управления чем-либо с помощью мозга или для восстановления/дополнения его функций. Последнее актуально при поражениях мозга при рассеянном склерозе, деменции, болезни Альцгеймера или Паркинсона.

Как работают нейроинтерфейсы

Однонаправленные нейроинтерфейсы — или интерфейсы «мозг-компьютер» — регистрируют электроэнцефалограмму — то есть электрическую активность мозга. Образуя нейронные связи и передавая сигналы между нейронами, наш мозг излучает электрические импульсы. Эту ЭЭГ расшифровывает компьютер и преобразует в команды для системы или внешних устройств.

Инвазивные нейроинтерфейсы в виде маленьких пластинок с электродами вживляют в кору головного мозга. Неинвазивные размещают на голове в виде шлема или отдельных электродов. Для улучшения проводимости их иногда смачивают водой или специальным гелем.

Чтобы расшифровать импульсы мозга, ученые используют алгоритм, который сам вычленяет нужные сигналы или дает готовые параметры, которые система ищет в потоке данных. В первом случае интерфейс с большей вероятностью сможет предсказать, о каком движении думает человек. Во втором случае для точного результата нам нужно хорошо понимать, как именно то или иное намерение проявляется в сигнале мозга. К сожалению, пока что этот вопрос не до конца изучен.

В нейроинтерфейсах с двусторонней связью информация в виде данных о работе мозга, звуков, образов, тактильных ощущений передается в компьютер, затем анализируется и передается в мозг — при помощи стимуляции клеток центральной и периферической нервной системы.

Где применяются нейроинтерфейсы

Сегодня главных сфер применения всего две:

Сейчас ведется множество разработок, которые расширят сферу применения и возможности нейроинтерфейсов. Например, не так давно был создан биосинтетический материал, который можно будет использовать в качестве нейрочипа, который подключает мозг к искусственному интеллекту.

Кто создает нейроинтерфейсы в мире

Пока что на рынке преобладают неинвазивные устройства. Большинство из них представляют собой мобильные ЭЭГ-гарнитуры или шлемы с разным числом электродов набором функций.

Emotiv Systems в 2009 году разработала Emotiv EPOC — нейроинтерфейс в виде шлема с 14 электродами, регистрирующий 13 частот мозга, сокращения мышц и движения головы с помощью двух гироскопов. Он распознает эмоциональное состояние и уровень стресса, помогая создавать 3D-модели мозга и диагностировать психические расстройства.

NeuroSky выпускает мобильные ЭЭГ-гарнитуры MindWave для анализа активности мозга. Ее используют, чтобы играть в игры или управлять героями интерактивных фильмов. Чуть позже появились наушники MindSet, для тех же целей.

Канадская InteraXon одной из первых в 2014 году вышла на рынок с Muse — мобильной ЭЭГ-гарнитурой с четыремя электродами, которые взаимодействуют со смартфоном или компьютером. Гарнитура помогает улучшить концентрацию и медитировать, преобразуя сигналы мозга в звуки.

Международные корпорации тоже разрабатывают свои нейроинтерфейсы. Например, Nissan внедряет подобные технологии для улучшения управляемости и безопасности автомобиля на дороге. Такой нейрошлем помогает лучше реагировать на изменение ситуации, предсказывая реакцию и действия водителя.

Facebook ведет разработки технологии, которая поможет пользователям публиковать посты и комментарии без помощи клавиатуры. В первую очередь, эта функция будет полезна парализованным людям: благодаря ей они смогут печатать со скоростью 100 слов в минуту, что в пять раз быстрее, чем набор на смартфоне. Нейроинтерфейс будет неинвазивным, а над разработкой системы его управления трудятся ведущие университеты и исследовательские лаборатории США. Они занимаются алгоритмами машинного обучения для распознавания и визуализации нейронных сигналов.

Среди инвазивных нейроинтерфейсов самый известный — нейрочип от Neuralink Илона Маска. Еще в 2016-м, когда стартовал проект, бизнесмен утверждал: «Все мы практически уже киборги».

Первую презентацию компания провела в августе 2020 года. На ней показали свиней с нейрочипами, чья мозговая активность отображалась на экране.

Источник

BCI — Самая важная технология, о которой никто не говорит.

Подключение мозга к компьютеру

Еще несколько лет назад, используя BCI, можно было, например, управлять беспилотником с помощью разума. Но для начала нужно было подключить свой мозг к компьютеру. Есть несколько способов сделать это. Самый простой — это надеть ЭЭГ-гарнитуру. ЭЭГ расшифровывается как электроэнцефалография. Это сложное слово, которое означает считывание электрических сигналов с мозга. Процесс проходит так:

Затем компьютер передает эти сигналы на контроллер беспилотника. Это похоже на то, как вы сопоставляете кнопки игрового контроллера с внутриигровыми действиями, за исключением того, что кнопки — это ваши мысли, а беспилотник управляется действиями. Руки отображают «взлет», ноги — «полет вперёд», а когда вы перестаёте думать, беспилотник приземляется. Затем вы снова думаете о своих руках, и вуаля! Беспилотник взлетает.

Наука — не магия

Человеческий мозг состоит из клеток, называемых нейронами. Как и компьютер, нейроны используют электрические сигналы для связи друг с другом. Все, что вы когда-либо испытывали — ваши мысли, чувства, эмоции — исходят от этих сигналов.
С помощью специальных датчиков мы можем обнаруживать эти сигналы и использовать их для связи с компьютером. ЭЭГ — это лишь один из способов подключения нашего мозга к компьютеру. Есть и другие способы, такие как FMRI, ECoG, Local Field Potential и Single-Unit Recording.

Использование BCI в настоящее время и в будущем

В настоящее время BCI в основном используется для научных и медицинских целей. Эта технология помогает инвалидам вернуть контроль над своим телом с помощью мысли. Она также обещает помочь людям с неврологическими заболеваниями, такими как Альцгеймер и Паркинсон.

Прогнозы на будущее этой технологии звучат как научная фантастика:

Но как это будет сочетаться с Интернетом Вещей? Просто представьте себе мир, в котором каждый прибор будет подключен и сможет управляться вашими мыслями.

Гонка мировых компаний

В 70-е годы компьютеры были большими, непривлекательными (даже страшными), дорогими и чрезвычайно сложными в использовании. За ними работали только ученые и исследователи.
Apple изменил это с помощью персонального компьютера и подарил эту невероятно мощную технологию всем. Но сегодняшняя гарнитура BCI пока еще громоздкая и ее не очень удобно использовать. Поэтому она применяется в основном в научных институтах.

Но ничего не стоит на месте. Недавно компания Илона Маска Neuralink объявила о впечатляющих успехах в своей миссии по совершению квантового скачка в BCI. Facebook продемонстрировал свою собственную ЭЭГ-гарнитуру. Такие компании, как Emotiv, продают такие гарнитуры уже много лет. Google, Microsoft и Apple также работают над собственной версией гарнитуры.

Нейронное поколение

Сегодня не все смогут управлять беспилотником с помощью разума. Сама идея думать о своих руках или ногах может привести в замешательство. Как это вообще происходит? Нужно закрыть глаза и визуализировать их? Или не нужно закрывать глаза? Руки должны двигаться или оставаться неподвижными? Для нас этот опыт может показаться сверхъестественным.Это напоминает борьбу наших бабушек и дедушек с планшетами и компьютерами. Для людей предыдущих поколений, даже простое включение компьютера может быть сложной задачей.

Мы живем среди компьютеров, смартфонов и интернета. Они стали для нас второй натурой. BCI — это то место, где произойдет технологический разрыв между нашим и следующим поколением. У детей, которые вырастут с этой технологией, не будет никаких проблем с управлением. Можно только представить как, используя свой разум, они будут включать свет и телевизор или сидя на диване общаться со своими друзьями с помощью мыслей.

Источник

Найден относительно безопасный способ подключения мозга к компьютеру

О желании расширить возможности человека, объединив его с компьютером, неоднократно высказывался Илон Маск, создавший компанию Neuralink. Проект миллиардера подразумевает внедрение импланта прямо в мозг. Совсем иначе на проблему смотрит группа международных исследователей, продемонстрировавшая успехи менее инвазивной методики.

Установка Neuralink

Для внедрения мозгового импланта потребуется настоящая хирургическая операция. Возможно, когда-нибудь она будет быстрой и такой же простой, как обычная прививка, но пока едва ли найдётся много желающих пойти на вскрытие коры головного мозга. Группа австрийских и американских учёных предложила наладить взаимодействие мозга с компьютером посредством электрода, вставляемого прямо в кровеносный сосуд.

Первые эксперименты уже завершены. Двум добровольцам в вену ввели стент — специальную упругую трубку, включающую электроды, и провели её вверх по яремной вене в сосуд рядом с первичной моторной корой головного мозга. Электроды прижали к стенкам сосуда, что позволило идентифицировать двигательные сигналы мозга. Когда человек пытается совершить какое-либо действие, сигнал передаётся по беспроводной сети на компьютер через инфракрасный передатчик, хирургически вставленный в грудь.

После небольшого курса обучения испытуемые вернулись домой. Как оказалось, уже спустя две недели оба пациента научились силой мысли перемещать курсор мыши и щёлкать ею — этого хватает для работы в ОС Windows 10. В настоящее время команда исследователей ищет финансирование. По их словам, оборудование улавливает всего один бит информации, чего недостаточно для широкомасштабных проектов. Но это может улучшить жизнь тем, кто прикован к креслу, позволив им получить работу в интернете наравне с другими пользователями.

Источник

Матрица в реальной жизни: можно ли подключить мозг к компьютеру?

Казалось бы, еще 10-20 лет назад подобный вопрос многие сочли ты странным. Соединение живого человека с машиной было возможно разве что в фантастических фильмах. Однако сегодня возможность подключения человеческого мозга к компьютеру обсуждается вполне серьезно. На передовой прогресса – Илон Маск и Марк Цукерберг.

Искусственный интеллект

Тема искусственного интеллекта обрела особую популярность в ХХ веке. Размышления о том, достигнут ли машины такого уровня сложности, чтобы их можно было назвать мыслящими, занимал и крупных ученых, и писателей-фантастов. Кто-то говорит об опасности разумных роботов, которые могут оказаться враждебно настроенными по отношению к человеку. Но в медицине, например, искусственный интеллект зачастую рассматривается как подспорье в установлении диагноза: он эффективно может использоваться для анализа большого количества данным.

Что предлагает Маск?

В 2017 году всемирно известный предприниматель Илон Маск объявил о создании компании Neuralink. Из многочисленных комментариев экспертов можно сделать вывод, что основная цель компании – создать так называемое «нейронное кружево». Это сеть из десятков чипов, которые «вживляются» в мозг, значительно повышают его производительность и расширяют возможности. А также позволяют коммутировать мозг и различные электронные устройства напрямую.

На первоначальном этапе эта технология будет иметь чисто медицинское значение – например, поможет больным восстанавливаться после инсульта. Но затем, если получится все, что задумал Маск, нейронное кружево смогут использовать и обычные люди. Осталось только придумать способ вживления чипов, который не потребует обширного хирургического вмешательства на мозге. Например, через кровоток.

Маск не один

С проектом «подключения мозга к компьютеру» выступает, кстати, не только Маск. Например, компания Facebook в прошлом году объявила о том, что работает над системой, которая позволит вводить данные в компьютер силой мысли. При этом специалисты компании заявляют, что никаких дополнительных устройств в организм вживлять для этого не потребуется.

Facebook планирует воздать некое устройство, которое декодирует сигналы мозга. Но не все подряд, а те, которыми человек готов поделиться. То есть устройство будет считывать сигналы из речевого центра мозга, оформленные в слова, нашу внутреннюю речь.

Воплощено на практике

Технологии распознания сигналов мозга, которые еще предстоит довести до совершенства, уже находят практическое применение. Так, автомобильная компания Nissan разработала устройство, которое считывает сигналы мозга водителя и «подстраивает» под них движение автомобиля. Это не автопилот, когда автомобиль сам управляет собой. Это, скорее, симбиоз человека и машины, которые взаимодействуют.

Два года назад специалисты Университета Беркли в Калифорнии представили проект «нейронная пыль». Это очень маленькие датчики, сенсоры, которые помещаются в организм и могут в реальном времени отследить работу любого органа или мышцы. Так что до появления первых киборгов осталось совсем немного: Маск планирует завершить создание «нейронного кружева» через 10 лет.

А кстати, вы знали, что роговицу глаза уже можно напечатать на 3D-принтере? О том, как высокие технологии применяются в медицине, читайте в нашей статье.

Источник

Экономическая правда

Компания Илона Маска Neuralink, разрабатывающая технологию для подключения мозга человека к компьютеру, планирует в 2020 году начать клинические испытания на людях.

Neuralink уже создала чип N1, предназначенный для вживления в мозг, разработала робота, который будет вживлять чип, приложение для смартфона, чтобы управлять чипом.

В будущем Маск не исключает появления магазина «приложений для мозга». Конечная цель — обеспечить симбиоз человека и ИИ.

Основатель компании и ее ключевые сотрудники в июле 2019 года впервые рассказали о том, какие цели преследует Neuralink и каких успехов удалось достичь за 2,5 года существования компании. ЭП записала самое главное.

Что такое Neuralink

Neuralink — это нейротехнологическая компания, основанная Илоном Маском в Сан-Франциско в 2016 году. Ее деятельность нацелена на разработку имплантируемых интерфейсов мозг-машина.

До июля 2019 года о результатах работы фирмы было известно мало. К июлю 2019 года компания получила финансирование в размере 158 млн долл, из которых 100 млн долл — от Маска. На тот момент в ней работало 90 человек.

Лечение заболеваний мозга и симбиоз с ИИ

Пережитые человеком рак, инсульт или инфаркт часто приводят к расстройствам функций мозга. Они могут выражаться в болезнях Альцгеймера, Паркинсона, деменции. Есть врожденные заболевания мозга, приобретенные в результате несчастного случая, патологии спинного мозга. В Neuralink считают, что могут помочь в лечении таких заболеваний с помощью чипа.

Маск уверен, что разрабатываемый компанией интерфейс «мозг-машина» позволит достичь человечеству симбиоза с искусственным интеллектом (ИИ). «Мы получим возможность слиться с ИИ. Это будет необязательно, только если вы этого хотите», — говорит изобретатель.

У человеческого мозга есть лимбическая система, которая отвечает за первобытные нужды, желания, эмоции. Есть моторная кора, отвечающая за мыслительный процесс. В дополнения к ним в Neuralink стремятся создать цифровой слой «сверхинтеллекта». Этот слой у людей уже есть — это смартфон и компьютер, но скорость взаимодействия с ними — узкое место.

Скорость вывода информации из мозга очень низкая, потому что основная часть людей печатает только двумя пальцами. При этом скорость ввода информации в мозг гораздо быстрее из-за особенностей работы зрения.

Однако низкая пропускная способность будет ограничивать возможность человека слиться с искусственным интеллектом. «После решения вопросов, связанных с заболеваниями мозга, мы перейдем к решению проблемы экзистенциальной опасности ИИ», — говорит Маск.

Как считывать информацию с мозга

Мозг состоит примерно из 100 млрд клеток — нейронов, которые имеют много сложных форм. Они соединяются в большую сеть с помощью синапсов.

В точках соединения нейроны передают друг другу информацию используя химические сигналы, которые называются нейромедиаторами. Эти сигналы появляются в результате импульса под названием «потенциал действия».

Как только клетка получает достаточно нейромедиаторов одного вида, запускается цепь реакций, которые приводят к возникновению потенциала действия. Потенциал действия создает ток, который распространяется от нейрона и может быть обнаружен, если рядом установить электрод. Это позволит записать информацию, предоставляемую нейронам.

Все, что человек ощущает, слышит, чувствует и думает, — это потенциал действия, то есть просто всплески нейронной активности. Цель Neuralink — записывать и стимулировать эти импульсы, и делать это лучше, чем позволяют существующие методы, без серьезного хирургического вмешательства.

Что разработала Neuralink

В Neuralink разработали чип N1 размером 4х5 мм с 1 024 электродами. Его потенциал позволяет довести количество электродов до 10 тыс. Наилучшая система стимуляции мозга пациентов с болезнью Паркинсона, разрешенная профильным управлением США (FDА), оперирует десятью электродами.

Источник