Es gibt keine Grenze für die Perfektion: wie Neurointerfaces der Menschheit helfen

Bereits vor über 100 Jahren interessierten sich Wissenschaftler für die Möglichkeiten des Gehirns und versuchten zu verstehen, ob man irgendwie Einfluss darauf nehmen kann. Im Jahr 1875 gelang es dem englischen Arzt Richard Caton, ein schwaches elektrisches Feld an der Oberfläche des Gehirns von Hasen und Affen zu registrieren. Dann gab es viele Entdeckungen und Forschungen, aber erst 1950 erfand der Physiologie-Professor der Yale-Universität José Manuel Rodríguez Delgado das Gerät „Stimosiver“, das in das Gehirn implantiert werden konnte und durch Radiosignale gesteuert wurde.

Die Trainings wurden an Affen und Katzen durchgeführt. So ließ die Stimulation eines bestimmten Bereichs des Gehirns durch ein implantiertes Elektrodenkabel die Katze das Hinterbein heben. Laut Delgado zeigte das Tier während solcher Experimente keine Anzeichen von Unbehagen.

Und nach 13 Jahren führte der Wissenschaftler ein berühmtes Experiment — er implantierte Stimosiver in das Gehirn eines Bullen und steuerte ihn mit einem tragbaren Sender.

So begann das Zeitalter der Neurointerfaces und Technologien, die die biologischen Fähigkeiten des Menschen erweitern können. Bereits 1972 kam das Cochlea-Implantat in den Verkauf, das Schall in elektrische Signale umwandelte, diese an das Gehirn übermittelte und es Menschen mit schweren Hörbehinderungen tatsächlich ermöglichte, zu hören. Und 1973 wurde erstmals der Begriff „brain-computer interface“ — computerbasierter Neurointerface offiziell verwendet. 1998 implantierte der Wissenschaftler Philippe Kennedy das erste Neurointerface bei einem Patienten – dem Musiker Johnny Ray. Nach einem Schlaganfall hatte Johnny die Fähigkeit zu bewegen verloren. Doch durch die Implantation lernte er, den Cursor nur durch das Vorstellen von Handbewegungen zu bewegen.

Nach den Wissenschaftlern nahmen große Unternehmen und Start-ups die Idee, ein Neurointerface zu entwickeln, auf. Facebook und Elon Musk haben bereits angekündigt, ein System zu entwickeln, das es ermöglicht, Objekte mit Gedanken zu steuern. Während einige auf Neurointerfaces Hoffnungen setzen — Technologien werden es Menschen mit Behinderungen ermöglichen, verlorene Funktionen wiederherzustellen, die Rehabilitation von Menschen zu verbessern, die einen Schlaganfall oder ein Schädel-Hirn-Trauma erlitten haben. Andere stehen solchen Entwicklungen skeptisch gegenüber und glauben, dass ihre Nutzung rechtliche und ethische Probleme mit sich bringen könnte.

Wie dem auch sei, es gibt ausreichend große Akteure auf dem Markt. Wenn man glaubt, Wikis, wurden einige Entwicklungen bereits eingestellt, während die anderen ziemlich beliebt und verfügbar sind.

Was ist ein Neuro-Interface und wie kann es nützlich sein?

Typen von Gehirnwellen

Ein Neuro-Interface ist ein System zum Austausch von Informationen zwischen dem menschlichen Gehirn und einem elektronischen Gerät. Diese Technologie ermöglicht es einem Menschen, mit der äußeren Welt basierend auf der Registrierung der elektrischen Aktivität des Gehirns — dem Elektroenzephalogramm (EEG) — zu interagieren. Der Wunsch einer Person, eine bestimmte Handlung auszuführen, zeigt sich in Veränderungen des EEG, die wiederum vom Computer entschlüsselt werden.
Neuro-Interfaces können unidirektional oder bidirektional sein. Erstere empfangen entweder Signale vom Gehirn oder senden sie an es. Letztere können Signale gleichzeitig senden und empfangen.
Es gibt mehrere Methoden zur Messung von Gehirnsignalen. Sie werden in drei Typen unterteilt.

• Nicht-invasiv. Sensoren werden auf dem Kopf platziert, um die elektrischen Potenziale zu messen, die vom Gehirn (EEG) und vom Magnetfeld (MEG) erzeugt werden.
• Teilweise invasiv. Elektroden werden auf die offene Gehirnoberfläche platziert.
• Invasiv. Mikroelektroden werden direkt in die Hirnrinde eingesetzt und messen die Aktivität eines einzelnen Neurons.

Ein merkliches Merkmal von Neuro-Interfaces besteht darin, dass sie eine direkte Verbindung zum Gehirn ermöglichen. Was könnte das in der Praxis bringen? Neuro-Interfaces könnten beispielsweise das Leben von gelähmten Menschen erleichtern oder grundlegend verändern. Manche können nicht schreiben, sich bewegen oder sprechen. Ihr Gehirn funktioniert jedoch einwandfrei. Ein Neuro-Interface wird es diesen Menschen ermöglichen, bestimmte Handlungen auszuführen, indem es die Absichten mit Hilfe von Elektroden, die mit dem Gehirn verbunden sind, ausliest.

Eine weitere Anwendung des Neuro-Interfaces haben amerikanische Wissenschaftler erfunden, die ein Cyber-Prothese entwickelt haben, die das menschliche Gedächtnis um 30 % verbessern kann. Das Gerät erzeugt Nervenimpulse, die dem Patienten helfen, neue Erinnerungen zu bilden und die Gesichter von Verwandten zu behalten. Es wird erwartet, dass die Entwicklung im Kampf gegen Altersdemenz, Alzheimer und andere Gedächtnisprobleme helfen wird.

Neben der Gesundheit können Neurointerfaces auch für die persönliche Entwicklung des Menschen, für Arbeiten und Unterhaltung sowie für die Interaktion mit anderen genutzt werden. Was können also Neurotechnologien in diesen Bereichen Interessantes bieten?

Selbstverbesserung

Die vielleicht beliebteste Anwendung von Neurointerfaces und allerlei Anwendungen ist die Entwicklung menschlicher Fähigkeiten. Dies widmet sich vielfältigen Trainings, Systemen zur Entwicklung mentaler Fähigkeiten, Verhaltensänderungssystemen, Stresspräventionssystemen, ADHS, Systemen zur Arbeit mit psychoemotionalen Zuständen und so weiter. Diese Art der Aktivität hat sogar einen eigenen Begriff: „Brain-Fitness“.

Was ist das Grundkonzept? Aus zahlreichen Studien hat sich ein gewisses bewährtes Verständnis davon entwickelt, wie eine bestimmte Gehirnaktivität mit den Zuständen des menschlichen Bewusstseins übereinstimmt. Es sind Algorithmen zur Bestimmung von Aufmerksamkeits-, Konzentrations- und Meditationsniveaus sowie mentaler Entspannung entstanden. Fügen Sie dazu die Möglichkeit hinzu, EEG und Elektromyographie (EMG) auszulesen, und wir erhalten ein Bild des aktuellen Zustands des Menschen.

Und wenn man lernen muss, einen bestimmten psychoemotionalen Zustand hervorzurufen, trainiert man sich mit einem Gerät, das mit einem Neurointerface verbunden ist. Es gibt eine riesige Anzahl von Programmen zur Visualisierung von EEG und psychoemotionalen Zuständen, die wir nicht alle beschreiben werden. Das Training zur Hervorhebung des notwendigen Bewusstseinszustands erfolgt mithilfe der BIOS-EEG-Technologie (biologische Rückmeldung basierend auf Elektroenzephalographie).

Wie das in der Praxis aussieht: Eltern möchten die Leistungen ihres Kindes verbessern und ADHS (Aufmerksamkeits-Defizit-Hyperaktivitäts-Störung) bekämpfen. Dazu verwenden sie ein spezielles Programm (zum Beispiel von NeuroPlus), in dem sie Presets für das Training benötigter Zustände auswählen: Aufmerksamkeit, Konzentration, Entspannung, Meditation, Prävention von Überkonzentration. Sie wählen das Trainingsprogramm für das Konzentrationsniveau aus und starten es.

Das Programm bietet dem Kind ein Training an, bei dem es den Alpha- und Beta-Wellenpegel über einem bestimmten Niveau halten muss. Die Wellen dürfen nicht unter ein bestimmtes Niveau fallen. Gleichzeitig wird im Programmfenster das von den Eltern ausgewählte Video abgespielt. Zum Beispiel der Lieblingscartoon. Das Kind schaut einfach den Cartoon, überwacht die Pegel der Alpha- und Beta-Wellen und tut nichts anderes. Danach kommt der B.O.S. ins Spiel. Die Aufgabe des Kindes ist es, die Alpha- und Beta-Pegel während des gesamten Trainings zu halten.

Wenn einer der Pegel unter den erforderlichen Wert fällt, wird der Cartoon unterbrochen. In den ersten Lektionen wird das Kind versuchen, bewusst in den gewünschten Zustand zurückzukehren, um den Cartoon weiterzusehen. Aber nach einer Weile wird das Gehirn lernen, selbstständig in diesen Zustand zurückzukehren, wenn es aus ihm herausfällt (vorausgesetzt, der Cartoon ist für das Kind interessant und der Zustand zum Anschauen ist für das Gehirn "komfortabel"). Infolgedessen entwickelt das Kind die Fähigkeit, den erforderlichen Konzentrationszustand bei sich selbst hervorzurufen, sowie die Fähigkeit, die Konzentration auf einem bestimmten Niveau zu halten.

Es sieht beängstigend aus, aber beeilen Sie sich nicht, sich zu erschrecken und die Behörde zu rufen. Es gibt auch einfachere Lösungen, die auf Spielen basieren. Zum Beispiel, Mind The Ant von NeuroSky. Die Aufgabe des Spielers besteht darin, die Ameise dazu zu bringen, einen Gegenstand zu ihrem Bau zu schieben. Um die Ameise ohne Unterbrechung zu bewegen, muss ein bestimmter Konzentrationspegel über einer bestimmten Marke auf der entsprechenden Skala gehalten werden.

Wenn Sie sich auf den Prozess konzentrieren, schiebt die Ameise den Gegenstand. Sobald der Konzentrationspegel fällt, stoppt die Ameise, und Sie verlieren Zeit, was Ihr Ergebnis verschlechtert. Mit jedem Level wird das Spiel schwieriger, da der erforderliche Konzentrationspegel steigt. Außerdem treten zusätzliche Ablenkungsfaktoren auf.

Durch regelmäßiges Training entwickelt der Benutzer die Fähigkeit, das Maß an Konzentration und Aufmerksamkeit auf die jeweilige Aufgabe aufrechtzuerhalten, unabhängig von ablenkenden äußeren oder inneren Faktoren. Hier ist es wie im Sport: Man kann keinen sportlichen Körper erreichen, indem man ein paar Mal ins Fitnessstudio geht oder eine Dose Protein isst. Studien im Bereich der EEG-Biofeedback zeigen, dass die Ergebnisse solcher Trainings erst nach 20 Tagen regelmäßiger Übungen von jeweils 20 Minuten auftreten.

Unterhaltung

Neuro-Headsets bieten auch die Möglichkeit zur Unterhaltung. Aber alle Spiele und Unterhaltungsanwendungen sind gleichzeitig auch Werkzeuge zur Selbstentwicklung. Indem Sie über die Neuro-Schnittstelle spielen, nutzen Sie bewusste Zustände Ihres Bewusstseins, um Charaktere zu steuern. So lernen Sie deren Kontrolle.

Das Mehrspieler-Spiel "Throw Trucks With Your Mind" hat damals viel Aufsehen erregt. Die Steuerung des Charakters erfolgt nach dem Standardprinzip eines Ego-Shooters, jedoch kann man nur mithilfe mentaler Anstrengungen gegen andere Spieler kämpfen. Dafür werden auf dem Spielmonitor die Parameter der Konzentration und Meditation des Spielers angezeigt.

Um einen Kasten, einen Lastwagen oder einen anderen Gegenstand aus der Spielumgebung auf den Gegner zu werfen, müssen Sie ihn mit Ihrer mentalen Kraft in die Luft heben und dann auf den Gegner werfen. Auch Ihnen kann etwas "entgegenschlagen"; daher gewinnt im Kampf, wer die Fähigkeit zur Konzentration und Meditation effektiver nutzt. Es war äußerst spannend, mit mentaler Kraft gegen reale Gegner zu kämpfen. Zu den neueren Spielen gehört: Zombie Rush von MyndPlay.

Die Hersteller bieten auch ruhigere Spielvarianten an. Hier ist zum Beispiel ein interessanter Überblick über mehrere beliebte Spielanwendungen. Auch das Spiel MyndPlay sollte erwähnt werden Sports Archery LiteEs ist einfach: Man muss drei Pfeile mit dem Bogen schießen und dabei die maximale Punktzahl erreichen. Für jeden Schuss können Sie bis zu 10 Punkte erhalten. Durch das Videomaterial taucht das Spiel in seine Welt ein, nach dem der Charakter ins Ziel sehen kann. Im Player-Fenster erscheint ein Konzentrationsindikator. Je höher die Konzentration ist, desto näher an der zehn wird der Pfeil treffen. Für den zweiten Schuss müssen Sie in einen Meditationszustand eintreten, um zu treffen. Für den dritten Schuss ist erneut Konzentration erforderlich. So demonstriert das Spiel anschaulich die interessanten Möglichkeiten von Neurointerfaces.

Neben Spielen gibt es auch interaktive Neurofilme. Stellen Sie sich vor: Sie setzen sich auf die Couch, setzen ein Headset auf und starten einen interaktiven Film über Skater. An einem bestimmten Punkt kommt der Moment, in dem der Skater beschleunigt und gleich springen sollte. In diesem Moment müssen Sie selbst zum Skater werden, um sich auf den Sprung zu konzentrieren und das Bewusstseinsniveau aufrechtzuerhalten, bis der Charakter den Sprung beendet hat. Bei ausreichender Konzentration (vergleichbar mit dem tatsächlichen Leben und dem Niveau, das tatsächlich benötigt wird) wird der Skater im Film erfolgreich springen und die Handlung wird bis zur nächsten interaktiven Gabelung fortschreiten. Wenn die Konzentration nicht ausreicht, wird der Skater fallen, und der Film wird eine andere Handlungslinie verfolgen.

Ähnlich wurden bereits gedreht ein Actionfilm im Stil von Guy Ritchie sowie eine Reihe anderer Filme. Tatsächlich hängt die Handlung und das Ende des Films direkt von Ihren Bemühungen ab. Und das sieht sehr interessant aus.

Einfache und verzweigte Logik der Handlung

Anwendung in der Arbeit

Neben Trainings- und Unterhaltungsprogrammen haben die Entwickler eine Vielzahl von Anwendungen geschaffen, die für den professionellen Einsatz gedacht sind. Ein Beispiel dafür ist das Programm MindRec, das für medizinische, sportliche, allgemeine Psychologen und Psychologen, die mit Vertretern der Sicherheitskräfte arbeiten, entwickelt wurde.

Wie wird es verwendet? Eine Person setzt das Neuro-Headset auf, der Psychologe startet das Programm und beginnt mit der Sitzung. Während der Sitzung erfolgt die Überwachung und Speicherung der folgenden Informationen im Computer: Konzentrationsniveau, Aufmerksamkeitsniveau, Meditationsniveau, rohes EEG-Signal, in mehreren Visualisierungen gleichzeitig, im Bereich von 0 bis 70 Hz. Die Signale werden nach Frequenzbereichen aufgeteilt, die das Spektrum des Hauptsignals bilden. Die Aufteilung erfolgt in 8 Bereiche: Delta, Theta, Niederes Alpha, Hohes Alpha, Niedriges Beta, Hohes Beta, Niedriges Gamma, Hohes Gamma. Bei Bedarf werden Audio- und Videoaufzeichnungen der Aktionen des Patienten durch den Psychologen gemacht.

Das aufgezeichnete Material kann überprüft werden, um alles zu sehen, was in Echtzeit während der Sitzung angezeigt wurde. Wenn der Psychologe etwas nicht sofort bemerkt hat, kann er beim erneuten Durchsehen der Sitzung oder des Trainings die Veränderungen der Wellenreaktionen des Gehirns untersuchen und diese mit der audiovisuellen Information vergleichen. Dies ist ein sehr wertvolles Werkzeug für jeden Spezialisten in diesem Bereich.

Eine weitere Möglichkeit ist Neuromarketing. Das Neuro-Headset ermöglicht es, Marktforschungen durchzuführen, da es die emotionale Reaktion einer Person auf bestimmte Marketingreize zeigt. Dies ist wesentlich effektiver, da Menschen bei Umfragen und Befragungen oft nicht ganz ehrlich sind. Neurowissenschaftliche Untersuchungen helfen, die tatsächliche, ehrliche und objektive Reaktion zu sehen. Wenn eine Fokusgruppe gebildet und mit dem Neuro-Headset getestet wird, können die Ergebnisse gewonnen werden, die der Realität maximal entsprechen.

Interaktion mit externen Geräten

Ein weiteres interessantes Arbeitsfeld mit Neuro-Headsets ist die Fernsteuerung externer Geräte. Unter Kindern sind beispielsweise Rennspiele sehr beliebt, die Wettbewerbe zwischen zwei, drei oder vier Teilnehmern zulassen. Ein bekanntes Beispiel für solche Spiele ist:

Möchten Sie noch mit etwas anderem experimentieren? Hier sind weitere Entwicklungen, die ebenfalls populär geworden sind.

Puzzlebox Orbit Helicopter

Ein Spielzeughubschrauber, der durch Gedanken gesteuert wird. Die Standardversion ermöglicht die Kontrolle über die Flughöhe des Hubschraubers, es gibt jedoch zahlreiche Erweiterungen, die dieses Spielzeug in ein leistungsstarkes Gehirnfitness-Training verwandeln. Überprüfung war auf Habr.

Zen Lampe

Die Lampe spiegelt Ihren psychoemotionalen Zustand in Form einer bestimmten Farbgebung wider. Ideal zur Entwicklung von Meditationsfähigkeiten.

Force Trainer II

Eine äußerst amüsante Sache. Es erzeugt ein holografisches Bild der Spielumgebung und der Objekte innerhalb einer transparenten Pyramide. Der Spieler steuert diese Objekte mit Gedankenbefehlen.

Necomimi

Die niedlichen Katzenohren wurden ein Hit auf der ganzen Welt. Das Gerät ist vollkommen autark und benötigt keine Verbindung zu einem Computer oder Smartphone. Der Benutzer setzt die Ohren auf, schaltet sie ein und kann seine Stimmung (psychoemotionalen Zustand) durch die Bewegung dieser Ohren zeigen. Übrigens wurde ein ähnliches Produkt, das als Schwanz gestaltet ist,in seinem Heimatland Japan nicht einmal populär. Wo in diesem Fall das Headset eingesteckt wurde, können Sie sich selbst denken.

Neuro-Headset – Unterhaltung oder nützliches Werkzeug?

Beim Lesen des Artikels könnte man den Eindruck gewinnen, dass Neurointerfaces und Headsets hauptsächlich dazu gedacht sind, den Menschen zu unterhalten oder sein Ego zu befriedigen. Das ist jedoch keineswegs der Fall. Neuro-Headsets können zusammen mit entsprechender Software durchaus dabei helfen, eine Gliedmaße nach einer schweren Verletzung wiederherzustellen und die negativen Folgen von schweren Traumata zu verringern. Daher nutzen Wissenschaftler aktiv Neurotechnologien, um Menschen zu helfen.

Zum Beispiel schufen amerikanische Wissenschaftler der Johns-Hopkins-Universität 2016 ein Neurointerface, das hilft, einzelne Finger eines biomechanischen Prothesens zu steuern. Ein Jahr später entwickelten ihre österreichischen Kollegen von der Universität Graz ein System, um Musik mit Hilfe der Gedanken zu komponieren. Es richtet sich an musikalisch begabte Menschen mit Behinderungen.

Spezialisten der Universität Kalifornien lehrten mit Hilfe von Neurointerfaces, neuromuskulärer Stimulation und Hängematten eine Person,die vom Gürtel abwärts gelähmt war, wieder zu laufen. Und brasilianische Forscher zusammen mit Kollegen aus den USA, der Schweiz und Deutschland konnten teilweise Das Rückenmark wiederherstellen bei Patienten mit Hilfe von Neurointerfaces, virtueller Realität und Exoskeletten. Es werden auch Entwicklungen für die Interaktion mit Patienten mit dem Locked-in-Syndrom durchgeführt. Diese Technologie wird helfen, solche Patienten zu identifizieren, mit ihnen zu kommunizieren und auch die Kontrolle über ihren Körper wiederzuerlangen.

Facebook hat mit der Entwicklung eines nicht-invasiven Neurointerfaces begonnen, das Nutzern helfen soll, Texte ohne Tastatur einzugeben. Das Unternehmen Nissan hat ein 'Gehirn-Maschine'-Interface entwickelt, um Gedanken während des Fahrens zu lesen, um die Reaktionszeit zu verkürzen. Und Elon Musk möchte das Gehirn sogar mit einem Computer verbinden, um eine Übernahme der Welt durch künstliche Intelligenz zu verhindern.

Russische Unternehmen können bisher noch nicht mit vielen Erfolgen im Bereich der Neurotechnologien aufwarten. Kürzlich hat jedoch 'Rostec' ein Vorserienmuster eines Geräts vorgestellt, das den Informationsaustausch zwischen dem Gehirn und einem externen Gerät ermöglichen soll. Der Helm wurde vom Institut für Elektronische Steuerungsmaschinen (INEUM) von I. S. Bruk entwickelt. Es wird erwartet, dass das Neurointerface die Steuerung elektronischer und elektromechanischer Geräte, wie Prothesen und Transportmitteln, ermöglichen wird.

Was erwartet den Markt für Neurointerfaces

Laut laut der Prognose von Grand View Research, wird das Volumen des globalen Marktes für Computerinterfaces bis 2022 1,72 Milliarden Dollar erreichen. Der Hauptanwendungsbereich der Neurointerfaces ist derzeit die Medizin, aber auch die Unterhaltungsbranche sowie militärische und industrielle Sektoren entwickeln sich aktiv. Der Neuro-Headset zur Steuerung eines Kampfroboters ist bereits keine bloße süße Fantasie hochrangiger Offiziere mehr, sondern eine durchaus lösbare Aufgabe.

Dank der Tatsache, dass Neuro-Headsets eine offene Umgebung bieten, die für die Erstellung eigener Software genutzt werden kann, entwickelt sich auch das private Neuroprogrammieren. Zum Beispiel SDK einer der Marktführer, das Unternehmen NeuroSky, steht Entwicklern völlig kostenlos zur Verfügung. Infolgedessen entstehen immer mehr Anwendungen, die die Möglichkeiten dieser Plattform nutzen.

Es ist zu beachten, dass die Initiative zur flächendeckenden Einführung von Neurointerfaces und Chips für das Gehirn nicht nur auf Zustimmung, sondern auch auf Kritik stößt. Einerseits können Neurointerfaces die Behandlung von Schädel-Hirn-Verletzungen, Lähmungen, Epilepsie oder Schizophrenie verbessern. Andererseits könnten solche Technologien soziale Ungleichheit verstärken.

Es gibt Bedenken, dass es gegenwärtig keine rechtliche oder ethische Grundlage für die Implementierung von Elektroden bei gesunden Menschen gibt. Darüber hinaus könnte das Neurointerface das Gehirn eines Menschen zu einem Objekt machen, in das Regierungen, Werbetreibende, Hacker, Reptiloiden und andere Personen eindringen wollen, über deren Einfluss sich normale Menschen nur schwer freuen würden. Insgesamt könnten Neurointerfaces und Headsets die Eigenschaften des Menschen verändern, seine Psyche und sein individuelles Verhalten beeinflussen und das Verständnis der Menschen als physiologische Wesen verzerren.

Insgesamt ist klar, dass sich Neurotechnologien weiterentwickeln werden. Aber wann sie wirklich zugänglich und noch effektiver werden, ist unmöglich vorherzusagen.

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Quelle: habr.com