Барьер между разумом и ИТ исчезает – The Irish Times

Представьте себе мир, в котором человек, парализованный и немой из-за «синдрома запертого человека», может мысленно общаться с семьей, где когнитивные способности хирурга могут быть значительно улучшены или где признаки сонливости водителей-дальнобойщиков могут быть немедленно обнаружены. . Все это возможно благодаря интерфейсам мозг-компьютер (BCI).

Мозг — самый загадочный орган, и он до сих пор хранит множество тайн, недоступных науке или медицине. Однако физический барьер между нашим мозгом и компьютерами, с которыми мы ежедневно взаимодействуем, быстро разрушается. Исследователи BCI теперь могут расшифровывать наши мозговые волны и, следовательно, наши мысли, и напрямую связывать их с устройствами.

BCI разрабатываются в лаборатории Томаса Уорда, профессора аналитики данных Дублинского городского университета, для улучшения и восстановления когнитивных способностей человека. «Под познанием мы подразумеваем аспекты мышления, связанные с концентрацией внимания, сохранением концентрации — и концентрацией», — говорит он. “Наш [study] участники взаимодействуют в виртуальных мирах, и мы стремимся отслеживать, как они обращают внимание и участвуют в этих мирах».

Использование BCI для мониторинга и улучшения показателей «умственной подготовленности» похоже на то, как многие из нас стремятся улучшить свою физическую форму, нося фитнес-трекеры, которые предоставляют данные обратной связи о количестве пройденных шагов и сожженных калориях, добавляет Уорд. , который также является директором Insight SFI Research for Data Analytics в DCU.

Уже почти столетие ученые могут считывать электрические сигналы в мозгу. Первым пионером был немецкий психиатр Ганс Бергер, который изобрел электроэнцефалографию, которая измеряет электрическую активность мозга, в 1924 году, когда он вставил серебряные электрические проводники под скальпы некоторых своих пациентов.

Позже Бергер использовал электроды из серебряной фольги, прикрепленные к голове резинкой. Гораздо позже, в 21 веке, ученые начали использовать цифровые технологии для измерения мозговых волн с компьютером, считывающим и интерпретирующим данные. Затем основное внимание было уделено измерению мозговых волн в режиме реального времени и влиянию на то, как они генерируются.

Синтезатор речи

В 2008 году Филип Кеннеди, ирландский невролог из США, имплантировал устройство в мозг человека с синдромом запертости, позволяющее ему «говорить», используя синтезатор речи. Электрод выделял химические вещества, которые позволяли клеткам мозга расти на нем.

Проблема с этим подходом, хотя и революционным, заключалась в том, что он требовал хирургического вмешательства. Финансирование работы Кеннеди сократилось, и он почувствовал необходимость вживить электрод в собственный мозг, поскольку это был единственный способ продвинуться в своей работе. Тем временем другие ученые были заняты разработкой менее инвазивных способов измерения наших мозговых волн.

Неинвазивные подходы к BCI обычно включают ношение специально разработанных шапочек со встроенными электродами. Пациентам необходимо нанести гель на головы под шапочки, чтобы помочь провести мозговые волны в маленькие электроды. Использование геля на волосах не нравится многим пациентам, и предпринимаются усилия по разработке «сухих электродов» без геля, что еще больше усложняет работу по обнаружению мозговых волн.

Наблюдать за мозговыми волнами — все равно, что смотреть на море, волны которого поднимаются и опускаются. По мере того, как ученые совершенствовались в наблюдении за мозговыми волнами, они заметили ряд крошечных волновых «возмущений», которые, казалось, происходили, когда мозг реагировал на стимул. Самая интересная из этих «мозговых вспышек» называлась p300. Это возмущение было замечено примерно через 300 миллисекунд после того, как мозг отреагировал на что-то в окружающей среде. Это был прорыв. Ученые теперь знали, на что люди обращали внимание и когда.

Теперь, когда у ученых был сигнал, который сообщал им, когда люди обращают внимание, они хотели задать вопрос, можно ли использовать способность людей уделять больше внимания для получения терапевтически полезных результатов для пациентов. Ответ был утвердительным, и была разработана технология, которая обучала людей производить мозговые волны, которые, например, обозначали бы отдельные буквы, позволяя им печатать мысленно.

Задача исследователей заключалась в том, чтобы разработать BCI для эффективного наблюдения за людьми, когда они передвигаются в своей повседневной жизни. Профессор нейротехнологий Ольстерского университета Дэмиен Койл добился этого с продуктом, который является результатом более чем 17-летней работы и создан его дочерней компанией NeuroConcise.

«Это гибкая, формируемая технология, которая складывается вокруг головы», — говорит Койл. «Нет ни проводов, ни коробок, ни шапочки с электродами. Технология находится внутри крышки. Он ненавязчив и его можно носить под стандартными головными уборами — шапками, кепками и париками».

BCI также разрабатываются для увеличения интеллектуальных и эмоциональных навыков и способностей человека. Например, есть исследование, посвященное тому, как можно улучшить работу хирургов в операционной с помощью тренировки ума BCI. Другая работа направлена ​​на то, чтобы помочь спортсменам и музыкантам попасть в «зону» для достижения наилучших результатов.

Познавательный тренажерный зал

Мозг пластичен, а это означает, что он способен к изменениям, даже к структурным изменениям, если определенные области используются на регулярной основе. Есть идея, что в будущем BCI можно будет использовать как форму когнитивного спортзала, где люди поддерживают или улучшают мозговую форму. BCI могут помочь тренировать или улучшать области мозга, связанные, например, с художественными или математическими способностями, или создавать умственный резерв для защиты от деменции.

BCI также можно применять для осознанности и медитации, которые стали популярными методами снижения стресса и улучшения психического благополучия. Идея здесь состоит в том, чтобы научить мозг оставаться в настоящем, а не отвлекаться, чтобы беспокоиться о будущем или размышлять о прошлом. BCI можно использовать, чтобы показать, когда практика медитации положительно влияет на их мозг, и эта обратная связь может помочь людям улучшить свою практику.

Улучшение способности алгоритмов, используемых в BCI, расшифровывать паттерны мозговой активности, особенно путей, соединяющих мозг с мышцами, которые так важны для пациентов после инсульта, находится в центре внимания работы доктора Кэти Радди, финансируемой Советом по исследованиям в области здравоохранения. Тринити-институт неврологии на базе TCD.

«Действительно полезно для пациентов, перенесших инсульт, представить движение или представить, что они выполняют функцию, которую они потеряли», — говорит Радди. «По сути, это то, что делают интерфейсы мозг-компьютер; они просто предоставляют платформу для этого».

Транспорт — еще одна область, где применяются BCI. Транспортные компании смотрят в будущее, где автономными транспортными средствами будет управлять удаленный оператор, который готов вмешаться и взять на себя управление, если транспортное средство попадет в затруднительное положение. Здесь BCI может помочь определить, когда оператор устает и ему нужно передать управление другому оператору, или сообщить транспортным средствам, что они должны двигаться сами, пока он отдыхает.

В мире искусства BCI можно использовать для разработки виртуальных художественных галерей, где можно было бы отслеживать мозг людей, когда они наблюдают за произведениями искусства. Это нейроэстетика, где исследователи измеряют, как ведет себя мозг, когда он наслаждается чем-то художественным. Идея состоит в том, чтобы разработать персонализированные виртуальные художественные галереи или механизм рекомендаций по искусству для людей, основанный на показателях вовлеченности, удовольствия и любопытства мозга.

Еще одно направление исследований BCI сосредоточено на взаимодействии человека и робота. Роботы должны стать повсеместными в обществе, и ученые в области социальной робототехники работают над тем, как люди могут лучше взаимодействовать с ними. Одна из целей — позволить роботам распознавать и понимать эмоциональное состояние человека и соответствующим образом реагировать на это состояние. Анализ данных ИИ с камер и микрофонов робота сделает это возможным.

Эксперты считают, что в ближайшие годы BCI будут использоваться дома, поскольку технология появляется в лаборатории. «Я думаю, мы увидим, что они будут более регулярно использоваться пожилыми людьми для тренировки мозга и «умственной гимнастики», — считает Уорд. «В медицинской сфере мы увидим, что они предлагаются в качестве варианта для пациентов с тяжелой инвалидностью в качестве средства общения и взаимодействия с внешним миром».