Před více než 100 lety se vědci zabývali možnostmi mozku a snažili se pochopit, zda je možné na něj nějakým způsobem působit. V roce 1875 anglický doktor Richard Caton dokázal zaregistrovat slabé elektrické pole na povrchu mozku králíků a opic. Poté následovalo mnoho objevů a výzkumů, ale až v roce 1950 profesor fyziologie z Yaleovy univerzity José Manuel Rodríguez Delgado vynalezl zařízení "Stimosiver", které bylo možné implantovat do mozku a které bylo ovládáno pomocí rádiových signálů.
Experimenty se prováděly na opicích a kočkách. Stimulace určité oblasti mozku prostřednictvím implantovaného elektrody způsobila, že kočka zvedla zadní tlapku. Podle Delgada zvíře během těchto experimentů neprojevovalo žádné známky nepohodlí.
A po 13 letech vědec provedl – implantoval stimosivery do mozku býka a ovládal ho pomocí přenosného vysílače.
Tak začala éra neurointerfaců a technologií, které mohou zvyšovat biologické možnosti člověka. Již v roce 1972 byl uveden na trh kochleární implantát, který přetvářel zvuk na elektrický signál, přenášel je do mozku a umožnil fakticky slyšet lidem s těžkými poruchami sluchu. V roce 1973 byl poprvé oficiálně použit termín "brain-computer interface" — počítačový neurointerface. V roce 1998 vědec Philippe Kennedy implantoval první neurointerface pacientovi — muzikantovi Johnny Rayovi. Po mrtvici Johnny ztratil schopnost se hýbat. Ale díky implantaci se naučil pohybovat kurzorem jen tím, že si představoval pohyb rukou.
Po vědcích se myšlenky na vytvoření neurointerface ujaly velké byznysové korporace a startupy. O záměru vyvinout systém, který pomůže ovládat objekty silou myšlenky, již prohlásily společnosti Facebook a Elon Musk. Někteří vkládají do neurointerfaců naděje — technologie umožní lidem s omezenými schopnostmi obnovit ztracené funkce, zlepšit rehabilitaci člověka po mrtvici nebo traumatickém poranění mozku. Jiní jsou skeptičtí k podobným vývojům, domnívají se, že jejich použití je spojeno s právními a etickými problémy.
Bez ohledu na to, na trhu je dostatek velkých hráčů. Pokud se věří , některé vývojové projekty byly již zastaveny, avšak ostatní jsou docela populární a dostupné.
Co je to neurointerfejs a jak může být užitečný?
Typy mozkových vln
Neurointerfejs je systém pro výměnu informací mezi lidským mozkem a elektronickým zařízením. Tato technologie umožňuje člověku interagovat s vnějším světem na základě registrace elektrické aktivity mozku – elektroencefalogramu (EEG). Přání člověka provést nějakou akci se projevuje ve změnách EEG, které následně dekóduje počítač.
Neurointerfejsy mohou být jednosměrné a obousměrné. První buď přijímají signály z mozku, nebo je posílají zpět. Druhé mohou signály posílat i přijímat současně.
Existuje několik metod měření signálů z mozku. Ty se dělí do tří typů.
- Neinvazivní. Senzory jsou umístěny na hlavě pro měření elektrických potenciálů vytvářených mozkem (EEG) a magnetickým polem (MEG).
- Poloinvazivní. Elektrody jsou umístěny na otevřené ploše mozku.
- Invazivní. Mikroelektrody jsou umístěny přímo do kůry mozku, aby měřily aktivitu jednoho neuronu.
Klíčovou vlastností neurointerfejsu je to, že umožňuje připojit se přímo k mozku. Co to může v praxi znamenat? Neurointerfejsy například mohou usnadnit nebo radikálně změnit život lidí s paralýzou. Někdo nemůže psát, pohybovat se ani mluvit. Ale jejich mozek je zcela funkční. Neurointerfejs umožní těmto lidem vykonávat určité akce tím, že přečte jejich záměry pomocí elektrod připojených k mozku.
Další možnost využití neurointerfejsu vymysleli američtí vědci, kteří vyvinuli kyber-protéz, schopný zlepšit lidskou paměť o 30 %. Zařízení vytváří nervové impulzy, které pomáhají pacientovi utvářet nové vzpomínky, pamatovat si tváře příbuzných. Očekává se, že tento vývoj pomůže v boji proti stařecké demenci, Alzheimerově nemoci a dalším problémům s pamětí.
Kromě zdraví mohou neurointerfejsy sloužit k osobnímu rozvoji, práci a zábavě, stejně jako k interakci s okolím. Jaké zajímavé možnosti mohou neurotechnologie nabídnout v těchto oblastech?
Sebevzdělávání
Nejspíš nejpopulárnější oblastí použití neurointerfejsů a různých aplikací je rozvoj lidských schopností. Tohoto se týkají různé tréninky, systémy rozvoje mentálních schopností, systémy změny chování, systémy prevence stresů, ADHD, systémy pro práci s psychoemočními stavy atd. Pro tuto činnost dokonce existuje specifický termín, „Brain fitness“.
Jaký je základní princip? Vzhledem k mnoha výzkumům vznikla určitá ověřená představa o tom, jak různá činnost mozku odpovídá stavům lidského vědomí. Objevily se algoritmy pro určování úrovně pozornosti, koncentrace a meditace, mentální relaxace. Přidejte k tomu možnost čtení EEG a elektromyografie (EMG) a výsledkem je přehled o aktuálním stavu člověka.
A když se potřebujete naučit vyvolat konkrétní psychoemocionální stav, člověk se trénuje pomocí zařízení, ke kterému je připojen neurointerfejs. Existuje obrovské množství programů pro vizualizaci EEG a psychoemočních stavů, nebudeme je všechny popisovat. Trénink vyvolání požadovaného stavu vědomí se provádí pomocí technologie BCI EEG (biologická zpětná vazba na základě elektroencefalografie).
Jak to v praxi vypadá: rodiče chtějí zlepšit školní výsledky svého dítěte a překonat ADHD (syndrom hyperaktivity s poruchou pozornosti). K tomu používají speciální program (např. od ), vybírají v něm presety pro trénink požadovaných stavů: pozornosti, koncentrace, relaxace, meditace, prevence hyperkoncentrace. Vyberou program tréninku úrovně koncentrace. A spustí ho.
Program nabízí dítěti trénink, ve kterém je potřeba udržet ukazatel vln Alfa a Beta nad určitou úrovní. Vlny by neměly klesnout pod určitou hranici. Současně se v okně programu přehrává rodiči vybraný video obsah. Například oblíbený animovaný film. Dítě jen sleduje film, sleduje úrovně vln Alfa a Beta a dělá nic jiného. Poté do hry vstupuje BOS. Úkolem dítěte je udržovat úrovně Alfa a Beta po celou dobu tréninku.
Pokud jedna z úrovní klesne pod požadovanou hodnotu, film se přeruší. Na prvních lekcích se dítě pokusí smysluplně vrátit do požadovaného stavu, aby se mohlo podívat na pohádku. Po nějaké době se však mozek naučí vracet se do tohoto stavu samo, pokud je film pro dítě zajímavý a stav pro sledování je pro mozek "pohodlný". Výsledkem je, že dítě si vypracovává dovednost vyvolávat v sobě požadovaný stav koncentrace a také schopnost udržet koncentraci na určité úrovni.
Vypadá to strašidelně, ale nespěchejte s obavami a voláním na orgány sociální péče. Existují také jednodušší řešení založená na hrách. Například, od NeuroSky. Úkolem hráče je přimět mravence, aby tlačil předmět do svého mraveniště. Aby se však mravenec pohyboval bez zastavení, je třeba udržovat určitou úroveň koncentrace nad danou hodnotou na odpovídající stupnici.
Když se soustředíte na proces, mravenec tlačí předmět. Jakmile úroveň koncentrace klesne, mravenec se zastaví a vy ztrácíte čas, což zhoršuje váš výsledek. S každou úrovní se hra stává náročnější, protože se zvyšuje požadovaná úroveň koncentrace. Objevují se také další rozptýlení.
Pravidelným tréninkem si uživatel vytváří schopnost udržet úroveň koncentrace a pozornosti na vykonávaném úkolu, bez ohledu na rušivé vnější nebo vnitřní faktory. Tady to funguje jako ve sportu, není možné získat sportovní tělo, když navštívíte posilovnu párkrát nebo sníte sklenici proteinu. Výzkumy v oblasti BCI EEG ukázaly, že výsledky tréninků tohoto druhu se objevují až po 20 dnech pravidelných cvičení trvajících 20 minut každé.
Zábava
Neurosluchátka také umožňují bavit se. Všechny hry a zábavné aplikace jsou současně nástroji pro seberozvoj. Hraním her prostřednictvím neurointrefejsu využíváte vědomé stavy svého vědomí k ovládání postav. Tím se učíte je ovládat.
Hodně povyku tehdy vzbudila multiplayerová hra Throw Trucks With Your Mind. Ovládání postavy probíhá podle standardního schématu střílečky z pohledu první osoby, avšak bojovat s ostatními hráči můžete jedině pomocí mentálních sil. Na monitoru hry se zobrazují parametry koncentrace a meditace hráče.
Abychom mohli hodit protihráči krabici, nákladní auto nebo jiný předmět z herního prostředí, musíte ho zvednout do vzduchu pomocí své mentální síly a poté ho hodit na protivníka. I vám může něco „přiletět“, takže v souboji vyhrává ten, kdo efektivněji využívá schopnost koncentrace a meditace. Být schopen bojovat silou mysli proti skutečným protivníkům bylo velmi vzrušující. Ze novějších her můžeme zmínit od MyndPlay.
Výrobci nabízejí také klidnější varianty her. Například hned několika populárních herních aplikací. Také stojí za zmínku hra MyndPlay . Je to jednoduché: musíte vystřelit třikrát z luku a nasbírat co nejvíce bodů. Za každý výstřel můžete získat až 10 bodů. Hra vás prostřednictvím videa vtáhne do svého prostředí, po čemž můžete začít mířit na terč. V okně přehrávače se objeví indikátor úrovně koncentrace. Čím vyšší koncentrace, tím blíže k desítce zasáhne šíp. Při druhém výstřelu je třeba dostat se do meditativního stavu pro zásah. U třetího výstřelu je opět potřeba koncentrace. Takto hra názorně demonstruje zajímavé možnosti neurointerfásí.
Kromě her existují také interaktivní neurofilmy. Představte si: sedíte na gauči, máte na sobě headset a přehráváte si interaktivní film o skateboardistech. V určitém okamžiku nastane situace, kdy se skateboardista rozběhne a brzy skočí. V tomto okamžiku se musíte sami stát skateboardistou, abyste se mohli soustředit na skok a udržet úroveň koncentrace, dokud postava nedokončí skok. Při dostatečné koncentraci (srovnatelné s reálným životem a úrovní potřebnou v skutečnosti) skateboardista ve filmu úspěšně skočí a děj pokračuje k dalšímu interaktivnímu rozcestí. Pokud byla koncentrace slabá, skateboardista spadne a film se vydá jiným směrem.
Podobným způsobem už natočili ve stylu Guye Ritchieho, stejně jako celou řadu dalších filmů. V podstatě závisí děj a závěr filmu přímo na vašich úsilích. A vypadá to velmi zajímavě.
Jednoduchá a rozmanitá logika vývoje děje
Použití v praxi
Kromě tréninkových a zábavných programů vyvinuli vývojáři množství aplikací určených pro profesionální použití. Jako příklad lze uvést program MindRec, který je určen pro lékařské, sportovní a běžné psychology i psychology spolupracujícími s příslušníky bezpečnostních složek.
Jak se používá? Člověk si nasadí neurohelmu, psycholog spustí program a zahájí sezení. Během sezení se monitoruje a zapisuje do počítače následující informace: úroveň soustředění, pozornosti, úroveň meditace, surový EEG signál, v několika vizualizacích současně, v rozsahu od 0 do 70 Hz. Signály jsou rozděleny podle frekvenčních pásem, které tvoří spektrum hlavního signálu. Rozdělení se provádí do 8 pásem: Delta, Theta, Nízká Alfa, Vysoká Alfa, Nízká Beta, Vysoká Beta, Nízká Gamma, Vysoká Gamma. V případě potřeby se provádí audio- a videozáznam činnosti pacienta psychologa.
Zaznamenaný materiál lze přehrát, a vidět vše, co bylo zobrazeno v reálném čase během sezení. Pokud psycholog něco okamžitě nezaznamenal, při opětovném přezkoumání sezení nebo tréninku může studovat změny v reakci mozkových vln, porovnat je s audiovizuálními informacemi. To je velmi cenný nástroj pro každého specialistu v této oblasti.
Další možností je neuromarketing. Neurohelmy umožňují provádět marketingové výzkumy, protože ukazují emocionální reakci člověka na určité marketingové podněty. To je mnohem efektivnější, protože při průzkumech a anketách lidé nejsou vždy upřímní ve svých odpovědích. A neurovýzkum pomáhá vidět skutečnou reakci, upřímnou a nestrannou. Shromážděním fokusní skupiny a provedením testování pomocí neurohelmy lze získat výsledky, které maximálně odpovídají realitě.
Interakce s externími zařízeními
Dalším zajímavým směrem práce s neurohelmami je dálkové ovládání externích zařízení. Velmi populární jsou mezi dětmi například závodní hry, které umožňují soutěžení mezi dvěma, třemi a čtyřmi účastníky. Zde je dobře známý příklad takových her:
Chcete si ještě trochu pohrát? Prosím, zde jsou další prvky, které se také staly populárními.
Puzzlebox Orbit Helicopter
Hračkový vrtulník, který se ovládá silou myšlenky. Standardní verze umožňuje řídit výšku letu vrtulníku, ale existuje mnoho doplňků, které tuto hračku mění na mocný trenažér pro brain fitness. Přehled .
Zen Lamp
Lampa odráží vaše psychoemoční stavy ve formě záření určité barvy. Ideální pro rozvoj meditačních dovedností.
Force Trainer II
Úžasná věcička. Vytváří holografický obraz herního prostředí a objektů uvnitř průhledné pyramidy. A hráč, využívající mozkových příkazů, ovládá tyto objekty.
Necomimi
Roztomilé kočičí uši se staly hitem po celém světě. Zařízení je zcela autonomní a nevyžaduje připojení k počítači nebo smartphonu. Uživatel si nasazuje uši, zapne je a má možnost demonstrativně vyjadřovat svou náladu (psychoemoční stav) pohybem těmito ušima. Mimochodem, podobný produkt, , se u sebe doma v Japonsku neprosadil ani zdaleka. Kam se v tomto případě zasouvala sluchátka, můžete si domyslet sami.
Neurosluchátka – zábava nebo užitečný nástroj?
Během čtení článku se může zdát, že neurointerfejsy a sluchátka jsou určena zejména k tomu, aby člověka pobavily nebo potěšily jeho ego. To však vůbec není pravda. Neurosluchátka spolu s odpovídajícím softwarem mohou skutečně pomoci vytvořit končetinu po vážném poranění a snížit negativní důsledky vážných úrazů. Vědci proto aktivně využívají neurotechnologie k tomu, aby pomáhali lidem.
Například, v roce 2016 americkým vědcům z Johns Hopkins University vytvořili neurointerfejs, který pomáhá řídit jednotlivé prsty biomechanické protézy. A o rok později jejich rakouští kolegové z Univerzity Graz vyvinuli systém pro psaní hudby pomocí síly myšlenky. Je určen pro hudebně nadané osoby s omezenými schopnostmi.
Specialisté z Kalifornské univerzity pomocí neurointerfejsu, neuromuskulární stimulace a zavěšení , který byl paralyzován pod pasem. A brazilští badatelé spolu s kolegy z USA, Švýcarska a Německa dokázali částečně u pacientů pomocí neurointerface, virtuální reality a exoskeletu. Probíhají také vývojové práce pro interakci s pacienty se syndromem „zavřeného člověka“. Technologie pomůže odhalit takové pacienty, komunikovat s nimi a obnovit kontrolu nad tělem.
Facebook zahájil práci na neinvazivním neurointerface, který pomůže uživatelům psát text bez klávesnice. Společnost Nissan vyvinula rozhraní „mozek-stroj“, aby sestávala myšlenky během jízdy a snížila dobu reakce. A Elon Musk chce dokonce spojit mozek s počítačem, aby se vyhnul ovládání světa umělou inteligencí.
Ruské společnosti zatím nemohou pyšnit velkým množstvím úspěchů v oblasti neurotechnologií. Nicméně nedávno „Rostech“ představil předseriový vzorek zařízení, které pomůže vyměňovat informace mezi mozkem a externím zařízením. Přilbu vyvíjel Ústav elektronických řídicích strojů (INEUM) pojmenovaný po I. S. Brukovi. Předpokládá se, že neurointerface umožní řídit elektronická a elektromekanická zařízení: protézy, vozidla.
Co čeká trh neurointerface
Podle , objem globálního trhu počítačových rozhraní dosáhne do roku 2022 1,72 miliardy dolarů. V současnosti je hlavní oblastí použití neurointerface medicína, ale aktivně se rozvíjejí také zábavní oblasti, stejně jako armádní a průmyslová sféra. Neurosluchátka pro řízení bojového robota nejsou jen příjemné fantazie vysoce postavených lidí v uniformách, ale zcela řešitelný úkol.
Díky tomu, že neurosluchátka nabízejí otevřené prostředí, které lze použít k vytvoření vlastního softwaru, se rozvíjí i soukromé neuroprogramování. Například jednoho z lídrů trhu, společnosti NeuroSky, je k dispozici vývojářům zcela zdarma. A v důsledku toho se objevuje stále více aplikací, které využívají možnosti této platformy.
Je třeba poznamenat, že iniciativa na rozšíření neurointerface a čipů pro mozek se setkává nejen s podporou, ale i kritikou. Na jedné straně mohou neurointerface zlepšit léčbu traumat hlavy, paralýzy, epilepsie nebo schizofrenie. Na druhé straně by však tyto technologie mohly prohloubit sociální nerovnost.
Existují obavy, že pro implantaci elektrod do zdravého člověka zatím neexistuje žádný právní ani etický rámec. Navíc může neurointerface učinit lidský mozek objektem, do kterého se pokusí proniknout vlády, inzerenti, hackeři, reptiloidi a další osoby, které by normální člověk pravděpodobně nepotěšily. Celkově mohou neurointerface a headsety změnit vlastnosti člověka, ovlivnit jeho psychiku a chování jako jednotlivce, zkreslit vnímání lidí jako fyziologických bytostí.
Celkově je jasné, že neurotechnologie se budou dále rozvíjet. Ale kdy se stanou skutečně dostupnými a ještě efektivnějšími, nelze předpovědět.
Co dalšího zajímavého je na blogu
→
→
→
→
→
Zdroj: habr.com
