For over 100 years, scientists have been interested in the capabilities of the brain and have attempted to understand whether it is possible to influence it in any way. In 1875, English doctor Richard Caton managed to record a weak electric field on the surface of the brains of rabbits and monkeys. There were many discoveries and studies afterward, but it was not until 1950 that Yale University physiology professor José Manuel Rodríguez Delgado invented a device called the 'Stimosiver', which could be implanted in the brain and controlled by radio signals.
The experiments were conducted on monkeys and cats. For instance, stimulating a specific area of the brain through an implanted electrode made the cat lift its hind leg. According to Delgado, the animal showed no signs of discomfort during such experiments.
Thirteen years later, the scientist conducted — he implanted stimosivers in the brain of a bull and controlled it via a portable transmitter.
Thus began the era of neurointerfaces and technologies capable of enhancing human biological potential. As early as 1972, a cochlear implant was put on the market that converted sound into an electric signal, transmitting it to the brain and essentially allowing people with severe hearing impairments to hear. In 1973, the term 'brain-computer interface' was officially used for the first time. In 1998, scientist Philip Kennedy implanted the first neurointerface in a patient—a musician named Johnny Ray. After a stroke, Johnny lost the ability to move. However, thanks to the implant, he learned to move the cursor by merely imagining the movement of his hands.
Following the scientists, large business corporations and startups picked up the idea of creating neurointerfaces. Facebook and Elon Musk have already announced plans to develop a system that will help control objects through thought. Some harbor hopes for neurointerfaces—these technologies will allow people with disabilities to regain lost functions and improve rehabilitation after a stroke or traumatic brain injury. Others are skeptical about such developments, believing that their use carries legal and ethical issues.
Regardless, there are enough major players in the market. If we are to believe , nogle udviklinger er allerede blevet taget af produktionen, men de andre er ret populære og tilgængelige.
Hvad er et neurointerface, og hvordan kan det være nyttigt?
Typer af hjernebølger
Neurointerface er et system til informationsudveksling mellem menneskets hjerne og en elektronisk enhed. Det er en teknologi, der muliggør, at mennesket interagerer med omverdenen baseret på registrering af hjerneaktivitet — elektroencefalografi (EEG). Menneskets ønske om at udføre en handling afspejles i ændringer i EEG, som computeren derefter dekoder.
Neurointerfaces kan være ensrettede og tovejs. De første modtager enten signaler fra hjernen eller sender dem til den. De sidstnævnte kan både sende og modtage signaler samtidigt.
Der findes flere metoder til at måle hjernesignaler. De opdeles i tre typer.
- Ikke-invasiv. Sensorer placeres på hovedet for at måle de elektriske potentialer, der genereres af hjernen (EEG) og det magnetiske felt (MEG).
- Semi-invasive. Elektroder placeres på den åbne overflade af hjernen.
- Invasive. Mikroelektroder placeres direkte i hjernebarken for at måle aktiviteten af en enkelt neuron.
Den centrale funktion ved et neurointerface er, at det tillader direkte tilslutning til hjernen. Hvad kan det give i praksis? Neurointerfaces kan for eksempel lette eller ændre livet for lammede mennesker. Nogle kan ikke skrive, bevæge sig eller tale, men deres hjerne fungerer helt fint. Et neurointerface vil gøre det muligt for disse mennesker at udføre bestemte handlinger ved at registrere intentioner gennem elektroder tilsluttet hjernen.
Endnu en anvendelse af neurointerface blev udviklet af amerikanske forskere, der skabte en cyberprotese, der kan forbedre menneskelig hukommelse med 30%. Enheden genererer nerveimpulser, der hjælper patienten med at danne nye minder og huske ansigtstræk fra familie. Det forventes, at udviklingen vil hjælpe med at bekæmpe alderdomsdemens, Alzheimers sygdom og andre hukommelsesproblemer.
Ud over sundhed kan neurogrænseflader bruges til personlig udvikling, arbejde og underholdning samt til interaktion med omverdenen. Hvad interessant kan neuroteknologi tilbyde inden for disse områder?
Selvudvikling
Den måske mest populære anvendelse af neurogrænseflader og forskellige applikationer er udviklingen af menneskelige evner. Dette er fokus for forskellige træningsprogrammer, systemer til udvikling af mentale færdigheder, adfærdsændring, stressforebyggelse, ADHD, systemer til håndtering af psyko-emotionelle tilstande og så videre. Denne form for aktivitet har endda sit eget begreb, "Brain-fitness".
Hvad er essensen af idéen? Gennem adskillige undersøgelser er der blevet dannet dokumenterede opfattelser af, hvordan bestemte hjerneaktiviteter svarer til tilstande i menneskets bevidsthed. Algotitmer til at bestemme niveauer af opmærksomhed, koncentration og meditation, mental afslapning er blevet udviklet. Tilsæt muligheden for at aflæse EEG og elektromyografi (EMG), og vi får et indtryk af menneskets tilstand i øjeblikket.
Når det er nødvendigt at lære at fremkalde en specifik psyko-emotionel tilstand, træner en person sig ved hjælp af en enhed, som er tilsluttet en neurogrænseflade. Der findes et væld af programmer til visualisering af EEG og psyko-emotionelle tilstande, og vi vil ikke beskrive dem alle. Træningen i at fremkalde den ønskede bevidsthedstilstand udføres ved hjælp af EEG-BOS-teknologi (biologisk feedback baseret på elektroencefalografi).
Hvordan ser det ud i praksis: forældre ønsker at forbedre deres barns præstationer og overvinde ADHD (opmærksomhedsunderskud og hyperaktivitetsforstyrrelse). Til dette bruges et særligt program (f.eks. fra ), hvor de vælger indstillinger til træning af de ønskede tilstande: opmærksomhed, koncentration, afslapning, meditation, forebyggelse af hyperkoncentration. De vælger træningsprogrammet for koncentrationsniveauet og starter det.
Programmet tilbyder barnet en træning, hvor det skal holde niveauerne for Alpha- og Beta-bølgerne over et bestemt niveau. Bølgerne må ikke falde under et bestemt niveau. Samtidig afspilles det videomateriale, som forældrene har valgt, i programmets vindue. For eksempel, en yndlings tegnefilm. Barnet ser bare tegnefilmen, holder øje med niveauerne for Alpha- og Beta-bølgerne og gør ikke mere. Derefter træder BOS ind i billedet. Barnets opgave er at opretholde niveauerne for Alpha- og Beta-bølgerne under hele træningen.
Hvis et af niveauerne falder under den krævede værdi, bliver tegnefilmen afbrudt. I de første sessioner vil barnet forsøge bevidst at vende tilbage til den ønskede tilstand for at se tegnefilmen. Men efter noget tid vil hjernen lære at vende tilbage til denne tilstand automatisk, når den falder ud af den (forudsat at tegnefilmen er interessant for barnet, og tilstanden til at se den er "komfortabel" for hjernen). Som et resultat udvikler barnet evnen til at fremkalde den ønskede tilstand af koncentration samt evnen til at opretholde koncentrationen på et bestemt niveau.
Det ser skræmmende ud, men skynd dig ikke at blive bange og kontakte myndighederne. Der er også simplere løsninger baseret på spil. For eksempel, fra NeuroSky. Spilleren skal få myren til at skubbe et objekt hen til sig i myretuen. Men for at myren skal bevæge sig uden stop, skal koncentrationen holdes over et bestemt niveau på den tilsvarende skala.
Når du koncentrerer dig om processen, skubber myren objektet. Så snart koncentrationsniveauet falder, stopper myren, og du mister tid og forværrer dit resultat. Spillet bliver sværere med hvert niveau, da det krævede koncentrationsniveau stiger. Derudover tilføjes der flere distraktioner.
Som resultat af regelmæssig træning udvikler brugeren evnen til at opretholde et niveau af koncentration og opmærksomhed på den udførte opgave, uanset de distraherende eksterne eller interne faktorer. Det er ligesom i sport; det er umuligt at få en sportslig krop ved kun at besøge fitnesscentret et par gange eller spise en dåse protein. Forskning inden for EEG-Biofeedback har vist, at resultaterne af denne slags træning kun opnås efter 20 dages regelmæssig træning, hver session lasting 20 minutter.
Underholdning
Neuroheadsets giver også mulighed for at have det sjovt. Men alle spil og underholdningsapplikationer fungerer samtidig som værktøjer til selvudvikling. Når du spiller spil gennem neurogrænsefladen, bruger du bevidste tilstande af dit sind til at styre karaktererne. Og på den måde lærer du at kontrollere dem.
Multiplayer-spillet Throw Trucks With Your Mind gjorde en stor mænge støj i sin tid. Karakterkontrollen foregår efter den standard skydespilsmetode i første persons synsvinkel, men kampen mod andre spillere kan kun ske ved hjælp af mentale bestræbelser. For dette vises koncentrations- og meditationsparametre for spilleren på spilskærmen.
For at kaste en kasse, en lastbil eller et hvilket som helst andet objekt fra spiluniverset mod modstanderen, skal du løfte det op i luften ved hjælp af din mentale styrke og derefter kaste det på modstanderen. Du kan også blive ramt, så i kampen vinder den, der mere effektivt udnytter evnen til koncentration og meditation. At kæmpe med styrken af sindet mod virkelige modstandere var især underholdende. Blandt nyere spil kan nævnes fra MyndPlay.
Producenterne tilbyder også mere afslappede spilvarianter. Her er for eksempel af flere populære spilapplikationer. Det er også værd at nævne spillet MyndPlay Det er enkelt: du skal lave tre skud med en bue og score det maksimale antal point. For hvert skud kan du få op til 10 point. Gennem videobillederne træder spillet ind i sin egen verden, hvorefter din karakter kan begynde at sigte mod målet. I afspillervinduet vises en koncentrationsindikator. Jo højere koncentration, desto tættere på ti vil pilen ramme. Ved det andet skud er du nødt til at komme ind i en meditatativ tilstand for at ramme. Ved det tredje skud kræves der igen koncentration. På den måde demonstrerer spillet på en tydelig måde de interessante muligheder ved neurointerfaces.
Udover spil findes der også interaktive neurofilm. Forestil dig: du sætter dig på sofaen, tager headsettet på og starter en interaktiv film om skatere. På et tidspunkt sker der et øjeblik, hvor skatere accelererer og er lige ved at hoppe. I det øjeblik skal du selv blive skatere for at fokusere på springet og opretholde et niveau af bevidsthedskoncentration, indtil karakteren fuldfører sit hop. Ved tilstrækkelig koncentration (sammenlignelig med det, der er nødvendigt i virkeligheden) vil skatere i filmen udføre hoppet succesfuldt, og handlingen vil bevæge sig videre til næste interaktive skillevej. Hvis koncentrationen var lav, vil skatere falde, og filmen vil gå i en anden retning.
På tilsvarende måde er der allerede optaget i Guy Ritchie-stil, samt en række andre film. Faktisk afhænger filmens plot og slutning direkte af dine bestræbelser. Og det ser ret interessant ud.
En simpel og forgrenet logik til plotudvikling
Anvendelse i arbejdet
Udover trænings- og underholdningsprogrammer har udviklerne skabt et stort antal applikationer beregnet til professionelt brug. Et eksempel er programmet MindRec, som er designet til medicinske, sports-, almindelige psykologer og psykologer, der arbejder med medlemmer af sikkerhedsstyrkerne.
Hvordan bruges den? En person ifører sig neuroheadsettet, psykologen starter programmet og påbegynder sessionen. Under sessionen udføres overvågning og optagelse af følgende informationer i computerens hukommelse: koncentrationsniveau, opmærksomhedsniveau, meditationsniveau, rå EEG-signaler med flere visualiseringer samtidigt, i området fra 0 til 70 Hz. Signalernes opdeling i frekvensbånd, der udgør spekteret af det primære signal, foretages i 8 bånd: Delta, Theta, Lav Alpha, Høj Alpha, Lav Beta, Høj Beta, Lav Gamma, Høj Gamma. Om nødvendigt udføres audio- og videooptagelse af patientens handlinger med psykologen.
Det optagne materiale kan genbeses, så man kan se alt, hvad der blev vist i realtid under sessionen. Hvis psykologen ikke bemærkede noget med det samme, kan han ved gensyn med sessionen eller træningen undersøge ændringer i hjernens bølge-rektioner og sammenligne dem med den audiovisuelt information. Dette er et meget værdifuldt værktøj for enhver specialist inden for dette område.
En anden mulighed er neuromarketing. Neuroheadsettet muliggør marketingundersøgelser, da det viser en persons følelsesmæssige reaktion på bestemte marketingstimuli. Dette er langt mere effektivt, da folk ikke altid er ærlige i deres svar i undersøgelser og spørgeskemaer. Neuroforskningen vil hjælpe med at se den reelle, ærlige og upartiske reaktion. Ved at samle en fokusgruppe og udføre test med neuroheadsettet kan man opnå resultater, der maksimalt svarer til virkeligheden.
Interaktion med eksterne enheder
En anden interessant retning i arbejdet med neuroheadsets er fjernstyring af eksterne enheder. Der er et stort fokus på racerspil blandt børn, som tillader konkurrence mellem to, tre eller fire deltagere. Et velkendt eksempel på sådan et spil er:
Ønsker du at eksperimentere med noget andet? Her er andre udviklinger, der også er blevet populære.
Puzzlebox Orbit Helicopter
En legetøjshelikopter, der styres af tankens kraft. Standardversionen tillader kontrol af helikopterens flyvehøjde, men der er mange tilføjelser, der forvandler dette legetøj til et kraftfuldt træningsredskab til hjernetræning. Oversigt .
Zen Lampe
Lampens lys afspejler din psyko-emotionelle tilstand i en bestemt farve. Perfekt til at udvikle meditationsfærdigheder.
Force Trainer II
En meget sjov gadget. Skaber et holografisk billede af spilmiljøet og objekterne inden i en gennemsigtig pyramide. Spilleren bruger hjernens kommandoer til at styre disse objekter.
Necomimi
De nuttede katteører er blevet et verdenshit. Enheden er helt selvforsynende og kræver ikke forbindelse til en computer eller smartphone. Brugeren tager ørerne på, tænder dem og får mulighed for at vise sit humør (psyko-emotionelle tilstand) ved at bevæge ørerne. Forresten, et lignende produkt, , blev ikke populært selv hjemme i Japan. Hvor headsettet blev tilsluttet, kan du selv gætte.
Neuroheadset — underholdning eller nyttigt værktøj?
Når man læser artiklen, kan det synes, at neurogrænseflader og headset primært er designet til at underholde folk eller tilfredsstille deres ego. Men det er slet ikke tilfældet. Neuroheadsettet sammen med det rette software kan faktisk hjælpe med at genoptræne en lem efter alvorlig skade, reducere de negative konsekvenser af svære traumer. Derfor bruger forskere aktivt neuroteknologier til at hjælpe mennesker.
For eksempel skabte amerikanske forskere fra Johns Hopkins Universitet i 2016 en neurogrænseflade, der hjælper med at styre individuelle fingre på en biomekanisk protese. Og året efter udviklede deres østrigske kolleger fra Universitetet i Graz et system til at skrive musik ved hjælp af tankens kraft. Det er rettet mod musikalsk talentfulde personer med handicap.
Specialister fra University of California har ved hjælp af neurogrænseflade, neuromuskulær stimulation og ophæng , der var lammet fra taljen og ned, til at gå. Brazilianske forskere samarbejdede med kolleger fra USA, Schweiz og Tyskland og var i stand til delvist hos patienter ved hjælp af neurointerface, virtual reality og exoskelet. Der arbejdes også på løsninger til at interagere med patienter med "locked-in syndrome". Teknologien vil hjælpe med at identificere sådanne patienter, kommunikere med dem samt genoprette kontrol over kroppen.
Facebook er begyndt at arbejde på et non-invasivt neurointerface, der vil hjælpe brugere med at skrive tekst uden et tastatur. Nissan har udviklet et "hjerne-maskine" interface for at aflæse tanker under kørsel for at mindske reaktionstiden. Elon Musk ønsker endda at forbinde hjernen med en computer for at undgå verdensherredømme fra kunstig intelligens.
Russiske virksomheder kan endnu ikke prale af mange præstationer inden for neuroteknologi. Men for nylig præsenterede "Rostec" en prototypeserie af en enhed, der vil hjælpe med at udveksle information mellem hjernen og eksterne enheder. Hjælmen blev udviklet af Instituttet for Elektroniske Kontrol Maskiner (INEUM) opkaldt efter I.S. Bruk. Det forventes, at neurointerfacet vil muliggøre styring af elektroniske og elektromekaniske enheder: proteser, køretøjer.
Hvad venter markedet for neurointerfaces
Ifølge , vil størrelsen af det globale marked for computerinterfaces nå 1,72 milliarder dollars i 2022. I øjeblikket er den primære anvendelse af neurointerfaces medicin, men underholdningssektoren samt militær- og industrisegmenter udvikler sig aktivt. En neurohovedtelefon til styring af en kamprobot er ikke længere blot søde fantasier fra højtstående personer i uniformer, men en reel opgave.
Takket være det faktum, at neurohovedtelefoner tilbyder et åbent miljø til at skabe egen software, udvikles også privat neuroprogrammering. For eksempel, en af markedslederne, virksomheden NeuroSky, er tilgængelig for udviklerne helt gratis. Som resultat opstår der flere og flere applikationer, der udnytter mulighederne fra denne platform.
Det er værd at bemærke, at initiativet til udbredt implementering af neurointerface og hjernesensitive chips ikke kun møder støtte, men også kritik. På den ene side kan neurointerfaces forbedre behandlingen af hovedskader, lammelse, epilepsi eller skizofreni. På den anden side kan sådanne teknologier forværre social ulighed.
Der er bekymringer om, at der i øjeblikket hverken er juridisk eller etisk grundlag for at implementere elektroder i en sund person. Derudover kan neurointerfacet gøre menneskets hjerne til et objekt, som regeringer, annoncører, hackere, reptilfolk og andre personer, som en normal person næppe ville være glad for, ønsker at trænge ind i. Generelt kan neurointerfacet og headsets ændre menneskets egenskaber, påvirke dets psykologi og funktion som individ og forvrænge forståelsen af mennesker som fysiologiske væsener.
Det er generelt klart, at neuroteknologier vil fortsætte med at udvikle sig. Men hvornår de bliver virkelig tilgængelige og endnu mere effektive, er umuligt at forudsige.
Hvad ellers er interessant i bloggen
→
→
→
→
→
Kilde: habr.com
