Ще більше 100 років тому вчені цікавилися можливостями мозку та намагалися зрозуміти, чи можна якось впливати на нього. 1875 року англійський доктор Річард Катон зумів зареєструвати слабке електричне поле на поверхні мозку кроликів і мавп. Потім було безліч відкриттів та досліджень, але лише у 1950 професор фізіології Єльського університету Хосе Мануель Родрігес Дельгадо винайшов пристрій «Стимосівер», який можна було вживляти в мозок і який керувався за допомогою радіосигналів.
Тренування велися на мавпах та кішках. Так, стимуляція певної області мозку через імплантований електрод змушувала кішку піднімати задню лапу. За словами Дельгадо, тварина не виявляла жодних ознак дискомфорту під час подібних експериментів.
А через 13 років вчений провів — вживив стимосівери в мозок бика і керував ним через портативний передавач.
Так почалася ера нейроінтерфейсів та технологій, здатних підвищувати біологічні можливості людини. Вже в 1972 році у продаж надійшов кохлеарний імплант, який перетворював звук на електричний сигнал, передавав його мозку і фактично дозволив чути людям з тяжкими порушеннями слуху. А 1973 року вперше було офіційно використано термін «brain-computer interface» — комп'ютерний нейроінтерфейс. У 1998 році вчений Філіп Кеннеді імплантував перший нейроінтерфейс у пацієнта - музиканта Джонні Рея. Після інсульту Джонні втратив здатність рухатись. Але завдяки імплантації навчився рухати курсором, лише уявляючи рух рук.
Слідом за вченими ідею створення нейроінтерфейсу підхопили великі бізнес-корпорації та стартапи. Про намір розробити систему, яка допоможе керувати об'єктами силою думки, вже заявили Facebook та Ілон Маск. Одні покладають на нейроінтерфейси надії — технології дозволять людям з обмеженими можливостями відновити втрачені функції, покращити реабілітацію людини, яка перенесла інсульт або черепно-мозкову травму. Інші скептично налаштовані до подібних розробок, вважаючи, що їх використання загрожує юридичними та етичними проблемами.
Як би там не було, на ринку є достатньо великих гравців. Якщо вірити , Деякі розробки вже зняті з виробництва, зате інші досить популярні та доступні.
Що таке нейроінтерфейс і чим він може бути корисним?
Типи мозкових хвиль
Нейроінтерфейс - система для обміну інформацією між мозком людини та електронним пристроєм. Це технологія, яка дозволяє людині взаємодіяти із зовнішнім світом на основі реєстрації електричної активності мозку – електроенцефалограми (ЕЕГ). Бажання людини вчинити якусь дію відображається у змінах ЕЕГ, що у свою чергу розшифровує комп'ютер.
Нейроінтерфейси бувають односпрямовані та двоспрямовані. Перші або приймають сигнали від мозку, або надсилають їх йому. Другі можуть посилати та приймати сигнали одночасно.
Існує кілька методів вимірювання сигналів мозку. Їх поділяють на три типи.
- Неінвазивні. Датчики поміщаються на голову для вимірювання електричних потенціалів, створюваних головним мозком (ЕЕГ) та магнітним полем (МЕГ).
- Напівінвазивні. Електроди розміщуються на відкриту поверхню мозку.
- Інвазивні. Мікроелектроди розміщуються безпосередньо в кору головного мозку, вимірюючи активність одного нейрона.
Ключова особливість нейроінтерфейсу полягає в тому, що він дозволяє підключитися безпосередньо до мозку. Що це може дати практично? Нейроінтерфейси, наприклад, здатні полегшити чи кардинально змінити життя паралізованих людей. Хтось не може писати, рухатися чи розмовляти. Але при цьому мозок у них цілком робочий. Нейроінтерфейс дозволить здійснювати цим людям певні дії, зчитуючи наміри за допомогою електродів, підключених до мозку.
Ще один варіант використання нейроінтерфейсу вигадали американські вчені, які розробили кібер-протез, здатний покращувати людську пам'ять на 30%. Пристрій формує нервові імпульси, які допомагають пацієнтові формувати нові спогади, пам'ятати особи родичів. Очікується, що технологія допоможе боротися зі старечою деменцією, хворобою Альцгеймера та іншими проблемами з пам'яттю.
Крім здоров'я, нейроінтерфейси можна використовувати для особистого розвитку людини, для роботи та розваг, а також для взаємодії з оточуючими. Отже, що цікавого можуть запропонувати нейротехнології у цих галузях?
самовдосконалення
Найбільш, мабуть, популярна сфера застосування нейроінтерфейсів і всіляких додатків - розвиток будь-яких здібностей людини. Цьому присвячені різноманітні тренінги, системи розвитку ментальних здібностей, системи зміни поведінки, системи профілактики стресів, СДВГ, системи роботи з психоемоційними станами тощо. Така діяльність навіть має свій термін, «Брейн-фітнес».
У чому суть ідеї? Внаслідок численних досліджень сформувалися деякі доведені уявлення про те, як та чи інша активність головного мозку відповідає станам людської свідомості. З'явилися алгоритми визначення рівня уважності, концентрації та медитації, ментальної релаксації. Додайте до цього можливість зчитувати ЕЕГ та електроміографію (ЕМГ), і в результаті ми отримуємо уявлення про стан людини на даний момент.
І коли потрібно навчитися викликати конкретний психоемоційний стан, людина тренує себе за допомогою пристрою, до якого підключено нейроінтерфейс. Існує безліч програм візуалізації ЕЕГ і психоемоційних станів, ми не будемо описувати їх усі. Тренування виклику у людини необхідного стану свідомості виконується за допомогою технології БОС ЕЕГ (біологічний зворотний зв'язок на основі електроенцефалографії).
Як це виглядає на практиці: батьки хочуть покращити успішність своєї дитини та перемогти СДВГ (синдром дефіциту уваги та гіперактивності). Для цього використовують спеціальну програму (наприклад, від ), вибираючи в ній пресети для тренування необхідних станів: уважності, концентрації, релаксакції, медитації, профілактики гіперконцентрації. Вибирають програму тренування рівня концентрації. І запускають її.
Програма пропонує дитині тренування, в якому потрібно утримувати показник хвиль Альфа і Бета вище за певний рівень. Хвилі не повинні опускатися нижче за певний рівень. Водночас у вікні програми програється вибраний батьками відеоматеріал. Наприклад, улюблений мультфільм. Дитина просто дивиться мультфільм, стежить за рівнями Альфа та Бета хвиль і більше нічого не робить. Далі у гру вступає БОС. Завдання дитини - підтримувати рівні Альфа і Бета весь час тренування.
Якщо один з рівнів падає нижче за потрібний показник, мультфільм переривається. На перших заняттях дитина намагатиметься осмислено повернутися до потрібного стану, щоб переглянути мультик. Але через деякий час мозок навчиться самостійно повертатися до цього стану при випадінні з нього (за умови, що мультик цікавий дитині, а стан для перегляду є «комфортним» для мозку). В результаті у дитини виробляється вміння викликати у себе необхідний стан концентрації, а також здатність зберігати концентрацію на певному рівні.
Виглядає страшнувато, але не поспішайте лякатися і дзвонити до органів опіки. Є й простіші рішення на основі ігор. Наприклад, від NeuroSky. Завдання гравця - змусити мурахи штовхати предмет до себе в мурашник. Але щоб мурашка рухалася без зупинки, потрібно підтримувати певний рівень концентрації вище за певну позначку на відповідній шкалі.
Коли ви концентруєтеся на процесі, мураха штовхає предмет. Як тільки рівень концентрації падає, мураха зупиняється, і ви втрачаєте час, погіршуючи свій результат. З кожним рівнем гра стає складніше, оскільки підвищується потрібний рівень концентрації. Також з'являються додаткові фактори, що відволікають.
В результаті регулярних тренувань користувач виробляє здатність підтримувати рівень концентрації та уважності на виконуваному завданні, незалежно від зовнішніх або внутрішніх факторів, що відволікають. Тут все як у спорті, неможливо отримати спортивне тіло, сходивши кілька разів у фітнес-центр або з'ївши банку протеїнів. Дослідження в області БОС ЕЕГ показали, що результат від такого роду тренінгів з'являється тільки після 20 днів регулярних занять довжиною 20 хвилин кожне.
Розваги
Нейрогарнітури також дають можливість розважатися. Але всі ігри та розважальні програми паралельно є і інструментами саморозвитку. Граючи в ігри через нейроінтерфейс, ви використовуєте усвідомлені стани своєї свідомості для керування персонажами. І цим вчитеся їх контролювати.
Багато шуму свого часу наробила розрахована на багато користувачів гра Throw Trucks With Your Mind. Управління персонажем відбувається за стандартною схемою шутера від першої особи, проте боротися з іншими гравцями можна лише за допомогою ментальних зусиль. Для цього на моніторі гри відображаються параметри концентрації та медитації гравця.
Щоб шпурнути в противника ящик, вантажівку або будь-який інший предмет з ігрового середовища, ви повинні підняти його в повітря за допомогою своєї ментальної сили, а потім кинути його в противника. Вам також може «прилетіти», тому у сутичці перемагає той, хто ефективніше використовує здатність до концентрації та медитації. Битися силою розуму з реальними супротивниками було дуже цікаво. З свіжих ігор можна згадати від MyndPlay.
Виробники пропонують і спокійніші варіанти ігор. Ось наприклад, відразу кількох популярних ігрових програм. Також варто згадати гру MyndPlay . Вона проста: потрібно зробити три постріли з цибулі та набрати максимальну кількість очок. За кожен постріл можна отримати до 10 очок. Використовуючи відеоряд, гра занурює вас у своє середовище, після чого вашому персонажу можна починати цілитися в ціль. У вікні програвача з'являється індикатор рівня концентрації. Чим вища концентрація, тим ближче до десятки потрапить стріла. У другому пострілі для влучення потрібно ввійти в стан медитації. У третьому пострілі знову знадобиться концентрація. Отак наочно гра демонструє цікаві можливості нейроінтерфейсів.
Окрім ігор, існують і інтерактивні нейрофільми. Уявіть: ви сіли на диван, одягли гарнітуру та включили інтерактивний фільм про скейтерів. На якомусь етапі виникає момент, коли скейтер розігнався і ось-ось має стрибнути. У цей момент ви повинні самі стати скейтером, щоб сконцентруватися на стрибку та тримати рівень концентрації свідомості, доки персонаж не закінчить стрибок. За достатньої концентрації (порівняної з реальним життям і тим рівнем, який потрібен буде насправді) скейтер у фільмі успішно зробить стрибок і сюжет піде далі до наступного інтерактивного виделки. Якщо концентрація була така собі, то скейтер впаде, а фільм піде по іншій сюжетній лінії.
Аналогічно вже відзняли у стилі Гая Річі, а також низку інших фільмів. Фактично, сюжет та фінал фільму безпосередньо залежить від ваших зусиль. І це дуже цікаво.
Проста та розгалужена логіка розвитку сюжету
Застосування у роботі
Крім тренувальних та розважальних програм, розробники створили велику кількість додатків, призначених для професійного використання. Як приклад можна навести програму MindRec, яка створена для медичних, спортивних, звичайних психологів та психологів, які працюють із представниками силових структур.
Як він використовується? Людина вдягає він нейрогарнітуру, психолог запускає програму і розпочинає сесії. Під час сесії виконується моніторинг та запис на згадку про комп'ютер наступної інформації, а саме: рівень концентрації, уважності, рівень медитації, сирий ЕЕГ сигал, у кількох видах візуалізації одночасно, в діапазоні від 0 до 70Гц. Сигнали, розбиті за частотними діапазонами, що становлять спектр основного сигналу. Розбивка проводиться на 8 діапазонів: Дельта, Тета, Низька Альфа, Висока Альфа, Низька Бета, Висока Бета, Низька Гамма, Висока Гамма. При необхідності виконується аудіо- та відеозапис дій пацієнта психолога.
Записаний матеріал можна переглянути, бачачи все, що відображалося в реальному часі під час сесії. Якщо психолог чогось не помітив одразу, то при повторному вивченні сесії чи тренування може вивчити зміни хвильових реакцій головного мозку, зіставити їх із аудіовізуальною інформацією. Це дуже цінний інструмент для будь-якого фахівця у цій галузі.
Інший варіант - нейромаркетинг. Нейрогарнітура дозволяє проводити маркетингові дослідження, оскільки показує емоційний відгук людини певні маркетингові подразники. Це набагато ефективніше, оскільки при опитуваннях та анкетуванні люди далеко не завжди чесні у відповідях. А нейродослідження допоможе побачити реальну відповідь, чесну та неупереджену. Зібравши фокус-групу та провівши тестування за допомогою нейрогарнітури, можна отримати результати, які максимально відповідають реальності.
Взаємодія із зовнішніми пристроями
Ще одним цікавим напрямком роботи з нейрогарнітурами є дистанційне керування зовнішніми пристроями. Дуже популярні серед дітей, наприклад, гоночні ігри, які допускають змагання між двома, трьома та чотирма учасниками. Ось добре відомий приклад таких ігор:
Хочеться побалуватись ще з чимось? Будь ласка, ось інші розробки, які також стали популярними.
Puzzlebox Orbit Helicopter
Іграшковий вертоліт, який керується силою думки. Стандартна версія дозволяє керувати висотою польоту вертольота, але є безліч доповнень, які перетворюють цю іграшку на потужний тренажер для брейн-фітнесу. Огляд .
Zen Lamp
Лампа відображає ваш психоемоційний стан у вигляді свічення певного кольору. Ідеально підходить для розвитку навичок медитації.
Force Trainer II
Найзабавніша річ. Створює голографічне зображення ігрового середовища та об'єктів усередині прозорої піраміди. А гравець, використовуючи команди головного мозку, керує цими об'єктами.
Некомімі
Мі-мі-мішні котячі вушка стали хітом у всьому світі. Пристрій повністю самодостатній і не вимагає підключення до комп'ютера або смартфона. Користувач одягає вушка, включає їх і отримує можливість демонструвати свій настрій (психоемоційний стан) шляхом руху цими вушками. До речі, аналогічний продукт, , не став популярним навіть у себе на батьківщині, у Японії. Куди в цьому випадку вставляли гарнітуру, можете додумати самі.
Нейрогарнітура – розвага чи корисний інструмент?
Під час читання статті може здатися, що нейроінтерфейси та гарнітури призначені в основному для того, щоб розважити людину або потішити її НСВ. Однак це зовсім не так. Нейрогарнітура разом із відповідним ПЗ цілком може допомогти розробити кінцівку після сильного пошкодження, знизити негативні наслідки важких травм. Тому вчені активно використовують нейротехнології для того, щоб допомагати людям.
Наприклад, у 2016 році американські вчені з Університету Джонса Хопкінса створили нейроінтерфейс, який допомагає керувати окремими пальцями біомеханічного протезу. Через рік їхні австрійські колеги з Університету Граца розробили систему для написання музики за допомогою сили думки. Розрахована вона на музично обдарованих з обмеженими можливостями.
Фахівці з Каліфорнійського університету за допомогою нейроінтерфейсу, нейром'язової стимуляції та підвісу , паралізованого нижче за пояс. А бразильські дослідники разом із колегами зі США, Швейцарії та Німеччини змогли частково у пацієнтів за допомогою нейроінтерфейсу, віртуальної реальності та екзоскелета. Ведуться і розробки для взаємодії з пацієнтами із синдромом «замкненої людини». Технологія допоможе виявляти таких хворих, спілкуватися з ними, а також відновлювати контроль над тілом.
Facebook розпочала роботу над неінвазивним нейроінтерфейсом, який допоможе користувачам набирати текст без клавіатури. Компанія Nissan розробила інтерфейс "мозок-машина", щоб зчитувати думки під час водіння для зменшення часу реакції. А Ілон Маск взагалі хоче з'єднати мозок з комп'ютером, щоб уникнути захоплення світу штучним інтелектом.
Російські компанії поки що не можуть похвалитися великою кількістю досягнень на ниві нейротехнологій. Однак нещодавно «Ростех» представив передсерійний зразок пристрою, який допоможе обмінюватися інформацією між мозком та зовнішнім пристроєм. Розробляв шолом Інститут електронних керуючих машин (ІНЕУМ) ім. І. С. Брука. Передбачається, що нейроінтерфейс дозволить керувати електронними та електромеханічними пристроями: протезами, транспортними засобами.
Що чекає на ринок нейроінтерфейсів
Згідно з , обсяг глобального ринку комп'ютерних інтерфейсів до 2022 року досягне 1,72 млрд. доларів. Зараз основна сфера застосування нейроінтерфейсів - це медицина, але активно розвиваються розважальні напрями, а також військова та промислова сфера. Нейрогарнітура для управління бойовим роботом — це вже не просто солодкі фантазії високолобих людей у погонах, а завдання, яке можна вирішити.
Завдяки тому, що нейрогарнітури пропонують відкрите середовище, яке можна використовувати для створення власного програмного забезпечення, розвивається і приватне нейропрограмування. Наприклад, одного з лідерів ринку компанії NeuroSky доступна розробникам абсолютно безкоштовно. І в результаті з'являється все більше програм, що використовують можливості цієї платформи.
Зазначимо, що ініціатива повсюдного впровадження нейроінтерфейсів та чіпів для мозку стикається не лише з підтримкою, а й із критикою. З одного боку, нейроінтерфейси можуть удосконалити лікування черепно-мозкових травм, паралічу, епілепсії або шизофренії. З іншого боку, такі технології можуть посилити соціальну нерівність.
Висловлюються побоювання, що для впровадження в здорову людину електродів немає поки що ні юридичної, ні етичної бази. Крім цього, нейроінтерфейс може зробити мозок людини об'єктом, в який захочуть проникнути уряди, рекламодавці, хакери, рептилоїди та інші особи, яким навряд чи зрадіє нормальна людина. І в цілому нейроінтерфейс та гарнітури можуть змінити особливості людини, вплинути на її психіку та діяльність як індивіда, спотворити розуміння людей як фізіологічних істот.
Загалом зрозуміло, що нейротехнології розвиватимуться й надалі. Але коли вони стануть по-справжньому доступними та ще ефективнішими, передбачити неможливо.
Що ще цікавого є у блозі
→
→
→
→
→
Джерело: habr.com