Σταδιακά, πολλά νέα πράγματα μπαίνουν στη ζωή μας. Η ανάπτυξη της τεχνολογίας δεν μένει ακίνητη, και αύριο μπορεί να είναι δυνατό αυτό που χθες δεν τολμούσαμε να ονειρευόμαστε. Η διεπαφή νευροϋπολογιστή (NCI) κάνει πραγματική τη σύνδεση μεταξύ του ανθρώπινου εγκεφάλου και της τεχνολογίας, τη μερική τους αλληλεπίδραση.
Τι είναι το NCI;
Το NCI είναι ένα σύστημα ανταλλαγής πληροφοριών μεταξύ του ανθρώπινου εγκεφάλου και μιας ηλεκτρονικής συσκευής. Η ανταλλαγή μπορεί να είναι αμφίδρομη, όταν οι ηλεκτρικές ώσεις προέρχονται από τη συσκευή στον εγκέφαλο και αντίστροφα, ή μονόδρομη, όταν μόνο ένα αντικείμενο λαμβάνει πληροφορίες. Με πιο απλά λόγια, το NCI είναι αυτό που ονομάζεται «διαχείριση της δύναμης της σκέψης». Μια πολύ σημαντική ανακάλυψη, η οποία χρησιμοποιείται ήδη ευρέως σε πολλούς τομείς της ζωής.
Πώς λειτουργεί το NCI;
Οι νευρώνες του εγκεφάλου μεταδίδουν πληροφορίες ο ένας στον άλλο χρησιμοποιώντας ηλεκτρικές ώσεις. Πρόκειται για ένα πολύ περίπλοκο και περίπλοκο δίκτυο που οι επιστήμονες δεν μπορούν ακόμη να αναλύσουν πλήρως. Αλλά με τη βοήθεια του NCI, κατέστη δυνατή η ανάγνωση μέρους των πληροφοριών των εγκεφαλικών παρορμήσεων και η μεταφορά τους σε ηλεκτρονικές συσκευές. Αυτοί, με τη σειρά τους, μπορούν να μεταμορφωθούνπαρορμήσεις σε δράση.
Ιστορία της μελέτης NCI
Αξίζει να σημειωθεί ότι οι εργασίες του Ρώσου επιστήμονα IP Pavlov σχετικά με εξαρτημένα αντανακλαστικά έγιναν η βάση για την ανάπτυξη της διεπαφής NC. Επίσης σημαντικό ρόλο στη μελέτη του NCI έπαιξε η δική του εργασία σχετικά με τον ρυθμιστικό ρόλο του εγκεφαλικού φλοιού. Η έρευνα του IP Pavlov πραγματοποιήθηκε στις αρχές του εικοστού αιώνα στο Ινστιτούτο Πειραματικής Ιατρικής στην Αγία Πετρούπολη. Αργότερα, οι ιδέες του Pavlov στην κατεύθυνση της διεπαφής NC αναπτύχθηκαν από τον Σοβιετικό φυσιολόγο P. K. Anokhin και τον Σοβιετικό και Ρώσο νευροφυσιολόγο N. P. Bekhtereva. Η παγκόσμια έρευνα NCI ξεκίνησε μόλις τη δεκαετία του 1970 στις Ηνωμένες Πολιτείες. Πειράματα έγιναν σε πιθήκους, αρουραίους και άλλα ζώα. Κατά τη διάρκεια της έρευνας, επιστήμονες που εργάζονταν με πειραματικούς πιθήκους ανακάλυψαν ότι ορισμένες περιοχές του εγκεφάλου είναι υπεύθυνες για τις κινήσεις των άκρων τους. Από αυτήν την ανακάλυψη, η μετέπειτα μοίρα του NCI έχει σφραγιστεί.
Ηλεκτροεγκεφαλογραφία (ΗΕΓ)
Η ηλεκτροεγκεφαλογραφία είναι μια μέθοδος ανάγνωσης των ηλεκτρονικών παλμών του εγκεφάλου με μη επεμβατική σύνδεση ηλεκτροδίων στο κεφάλι ενός ατόμου. Μια μη επεμβατική μέθοδος είναι μια μέθοδος κατά την οποία ηλεκτρόδια συνδέονται στο κεφάλι ενός ατόμου ή ζώου, χωρίς άμεση εισαγωγή στον εγκεφαλικό φλοιό. Η μέθοδος EEG εμφανίστηκε σχετικά πολύ καιρό πριν και συνέβαλε σημαντικά στην ανάπτυξη της διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή. Η μέθοδος EEG εξακολουθεί να χρησιμοποιείται σήμερα επειδή είναι φθηνή και αποτελεσματική.
Στάδια NCI
Οι πληροφορίες που προέρχονται από τον ανθρώπινο εγκέφαλο υποβάλλονται σε επεξεργασίαηλεκτρονική συσκευή σε τέσσερα βήματα:
- Λήψη σήματος.
- Προ-θεραπεία.
- Ερμηνεία και ταξινόμηση δεδομένων.
- Έξοδος δεδομένων.
Πρώτο στάδιο
Στο πρώτο στάδιο, τα ηλεκτρόδια είτε εισάγονται απευθείας στον εγκεφαλικό φλοιό (επεμβατική μέθοδος) είτε προσκολλώνται στην επιφάνεια του κεφαλιού (μη επεμβατική μέθοδος). Ξεκινά η διαδικασία ανάγνωσης πληροφοριών από εγκεφαλικά κύτταρα. Τα ηλεκτρόδια συλλέγουν δεδομένα από μεμονωμένα συστήματα νευρώνων που είναι υπεύθυνα για διάφορες ενέργειες.
Προ-θεραπεία
Στο δεύτερο στάδιο της διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή, τα λαμβανόμενα σήματα υποβάλλονται σε προεπεξεργασία. Η συσκευή εξάγει χαρακτηριστικά σήματος για να απλοποιήσει τη σύνθετη σύνθεση των δεδομένων, να εξαλείψει τις περιττές πληροφορίες και τον θόρυβο που παρεμποδίζει τα σαφή εγκεφαλικά σήματα.
Τρίτο στάδιο
Στο τρίτο στάδιο της διεπαφής NDT, οι πληροφορίες ερμηνεύονται από ηλεκτρικούς παλμούς σε ψηφιακό κώδικα. Δηλώνει μια ενέργεια, ένα σήμα στο οποίο έδωσε ο εγκέφαλος. Οι κωδικοί που προκύπτουν ταξινομούνται στη συνέχεια.
Έξοδος δεδομένων
Η έξοδος πληροφοριών εμφανίζεται στο τέταρτο στάδιο. Τα ψηφιοποιημένα δεδομένα εξάγονται σε μια συσκευή συνδεδεμένη με τον εγκέφαλο, η οποία εκτελεί μια νοητικά δοθείσα εντολή.
Neuroprosthetics
Ένας από τους κύριους τομείς εφαρμογής της διεπαφής του εγκεφάλου είναι η ιατρική. Οι νευρικές προθέσεις έχουν σχεδιαστεί για να αποκαθιστούν τη σύνδεση μεταξύ του ανθρώπινου εγκεφάλου και τη δράση των οργάνων του, για να αντικαταστήσουν όργανα που έχουν υποστεί βλάβη από ασθένεια ή τραυματισμό, με την επακόλουθη αποκατάσταση των λειτουργιών ενός υγιούς σώματος. Το NCI μπορεί να είναι ιδιαίτερα καλό για άτομα με παράλυση ή απώλεια άκρων. Στη χρήση των νευρικών προθέσεων χρησιμοποιείται η αρχή λειτουργίας της διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή. Για να το θέσω πολύ απλά, ένα άτομο έχει προσθετικά χέρια ή πόδια, από τα οποία τα ηλεκτρονικά εμφυτεύματα οδηγούν στην περιοχή του εγκεφάλου που είναι υπεύθυνη για την κίνηση αυτού του άκρου. Η νευροπροσθετική έχει περάσει πολλές δοκιμές, αλλά η δυσκολία της μαζικής χρήσης της έγκειται στο γεγονός ότι το NCI δεν μπορεί να διαβάσει πλήρως τα σήματα του εγκεφάλου και ο έλεγχος των προθέσεων στην καθημερινή ζωή εκτός εργαστηρίου είναι δύσκολος. Πριν από μερικά χρόνια, η Ρωσία ήθελε να καθιερώσει την παραγωγή νευροπροθέσεων, αλλά μέχρι στιγμής αυτό δεν έχει εφαρμοστεί.
Προθέσεις ακοής
Αν τα προσθετικά μέλη δεν έχουν ακόμη εμφανιστεί στη μαζική αγορά, τότε το κοχλιακό εμφύτευμα (πρόθεση που βοηθά στην αποκατάσταση της ακοής) χρησιμοποιείται εδώ και πολύ καιρό. Για να το λάβει, ο ασθενής πρέπει να έχει έντονο βαθμό νευροαισθητήρια βαρηκοΐας (δηλαδή τέτοια απώλεια ακοής στην οποία η ικανότητα του ακουστικού βαρηκοΐας να δέχεται και να αναλύει ήχους είναι μειωμένη). Η αποκατάσταση της ακοής με κοχλιακό εμφύτευμα χρησιμοποιείται όταν ένα συμβατικό ακουστικό βαρηκοΐας δεν δίνει τα αναμενόμενα αποτελέσματα. Το εμφύτευμα εμφυτεύεται στη συσκευή του αυτιού και στο παρακείμενο τμήμα της κεφαλής ως αποτέλεσμα μιας χειρουργικής επέμβασης. Όπως κάθε άλλη διεπαφή εγκεφάλου-μηχανής, ένα κοχλιακό εμφύτευμα πρέπει να ταιριάζει απόλυτα στον χρήστη. Για να μάθει πώς να το χρησιμοποιεί και να αρχίσει να αντιλαμβάνεται το εμφύτευμα ως νέο αυτί, ο ασθενής πρέπει να υποβληθεί σε μακρά πορεία αποκατάστασης.
Μέλλον του NCI
Πρόσφατα, μπορείτε να ακούσετε και να διαβάσετε για την τεχνητή νοημοσύνη παντού. Αυτό σημαίνει ότι το όνειρο πολλών ανθρώπων γίνεται πραγματικότητα - σύντομα ο εγκέφαλός μας θα μπει σε συμβίωση με την τεχνολογία. Αναμφίβολα, αυτή θα είναι μια νέα εποχή στην ανάπτυξη της ανθρωπότητας. Νέο επίπεδο γνώσεων και ευκαιριών. Χάρη στη διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή, θα εμφανιστεί ένας μεγάλος αριθμός νέων και σημαντικών ανακαλύψεων σε πολλούς τομείς της επιστήμης. Εκτός από τη χρήση για ιατρικούς σκοπούς, το NCI μπορεί ήδη να συνδέσει τον χρήστη με συσκευές εικονικής πραγματικότητας. Όπως εικονικό ποντίκι υπολογιστή, πληκτρολόγιο, χαρακτήρες σε παιχνίδια εικονικής πραγματικότητας κ.λπ.
Διαχείριση χωρίς χέρια
Το κύριο καθήκον της διεπαφής νευροϋπολογιστή είναι να βρει τη δυνατότητα ελέγχου του εξοπλισμού χωρίς τη βοήθεια των μυών. Οι ανακαλύψεις σε αυτόν τον τομέα θα δώσουν στα άτομα με παράλυση περισσότερες ευκαιρίες στην κίνηση, την οδήγηση και τα gadgets. Ήδη τώρα το NCI συνδυάζει απρόσκοπτα τον ανθρώπινο εγκέφαλο και την τεχνητή νοημοσύνη του υπολογιστή. Αυτό έγινε δυνατό χάρη σε μια βαθιά μελέτη των αρχών του ανθρώπινου εγκεφάλου. Στη βάση τους συντάσσονται προγράμματα στα οποία λειτουργούν το NCI και η τεχνητή νοημοσύνη.
NTI στη ρομποτική
Από τότε που οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι ορισμένες περιοχές του εγκεφάλου είναι υπεύθυνες για την κίνηση των μυών, είχαν αμέσως την ιδέα ότι ο ανθρώπινος εγκέφαλος μπορεί να ελέγξει όχι μόνο το σώμα του, αλλά και μια ανθρωποειδή μηχανή. Πολλές διαφορετικές ρομποτικές μηχανές δημιουργούνται τώρα. Συμπεριλαμβανομένων των ανθρωποειδών. Οι ρομποτικοί αγωνίζονται στα ανθρωποειδή έργα τουςμιμούνται τη συμπεριφορά πραγματικών ανθρώπων. Αλλά μέχρι στιγμής, ο προγραμματισμός και η τεχνητή νοημοσύνη αντιμετωπίζουν αυτό το έργο λίγο χειρότερα από το NCI. Χρησιμοποιώντας τη διεπαφή NC, μπορείτε να ελέγξετε τα ρομποτικά μέλη από απόσταση. Για παράδειγμα, σε μέρη όπου η ανθρώπινη πρόσβαση είναι αδύνατη. Ή σε εργασίες που απαιτούν ακρίβεια κοσμήματος.
NCI για παράλυση
Αναμφίβολα, η πιο απαιτητική είναι η διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή στην ιατρική. Έλεγχος προσθετικών χεριών, ποδιών, έλεγχος αναπηρικής καρέκλας με το μυαλό σας, διαχείριση πληροφοριών σε smartphone, υπολογιστές χωρίς χέρια κ.λπ. Εάν αυτές οι καινοτομίες γίνουν πανταχού παρούσες, θα βελτιωθεί το βιοτικό επίπεδο των ανθρώπων που επί του παρόντος έχουν περιορισμένη ικανότητα κίνησης. Ο εγκέφαλος θα μεταδώσει αμέσως εντολές σε συσκευές, παρακάμπτοντας το σώμα, κάτι που θα βοηθήσει ένα άτομο με αναπηρία να προσαρμοστεί καλύτερα στο περιβάλλον. Αλλά όταν δοκιμάζουν νευροπροσθετική, οι ειδικοί αντιμετωπίζουν ορισμένα προβλήματα που δεν μπορούν να βρουν λύσεις μέχρι σήμερα.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή
Παρά το γεγονός ότι υπάρχουν πολλά πλεονεκτήματα στη χρήση της διεπαφής NC, υπάρχουν και μειονεκτήματα στη χρήση της. Ένα πλεονέκτημα στην ανάπτυξη του NCI στην ιατρική είναι το γεγονός ότι ο ανθρώπινος εγκέφαλος (ειδικά ο φλοιός του) προσαρμόζεται πολύ καλά στις αλλαγές, λόγω των οποίων οι δυνατότητες της διεπαφής NCI είναι σχεδόν απεριόριστες. Το ερώτημα βρίσκεται μόνο πίσω από την ανάπτυξη και την ανακάλυψη νέων τεχνολογιών. Αλλά υπάρχουν ορισμένα προβλήματα εδώ.
Ασυμβατότητα των ιστών του σώματος με συσκευές
Πρώτα, εάν εισέλθετεεμφυτεύματα με επεμβατικό τρόπο (μέσα στους ιστούς), είναι πολύ δύσκολο να επιτευχθεί η πλήρης συμβατότητά τους με τους ιστούς του ασθενούς. Αυτά τα υλικά και οι ίνες που πρέπει να εμφυτευθούν πλήρως στον οργανικό ιστό δημιουργούνται μόνο.
Ατελής τεχνική σε σύγκριση με τον εγκέφαλο
Δεύτερον, τα ηλεκτρόδια εξακολουθούν να είναι πολύ πιο απλά από τους εγκεφαλικούς νευρώνες. Δεν είναι ακόμη σε θέση να μεταδώσουν και να λάβουν όλες τις πληροφορίες που μπορούν να χειριστούν τα νευρικά κύτταρα του εγκεφάλου με ευκολία. Επομένως, η κίνηση των άκρων ενός υγιούς ατόμου είναι πολύ ταχύτερη και πιο ακριβής από την κίνηση των νευροπροθέσεων και ένα υγιές αυτί αντιλαμβάνεται τους ήχους πιο καθαρά και πιο σωστά από ένα αυτί με κοχλιακό εμφύτευμα. Εάν ο εγκέφαλός μας γνωρίζει ποιες πληροφορίες πρέπει να φιλτράρει και ποιες να θεωρεί τις κύριες, τότε σε συσκευές με τεχνητή νοημοσύνη αυτό γίνεται από αλγόριθμους που έχουν γραφτεί από τον άνθρωπο. Μέχρι να μπορέσουν να αναπαράγουν τους πολύπλοκους αλγόριθμους του ανθρώπινου εγκεφάλου.
Υπερβολικά πολλές μεταβλητές για έλεγχο
Ορισμένα επιστημονικά ινστιτούτα σχεδιάζουν στο εγγύς μέλλον να δημιουργήσουν όχι μια ξεχωριστή νευροπρόσθεση ποδιού ή βραχίονα, αλλά έναν ολόκληρο εξωσκελετό για άτομα με εγκεφαλική παράλυση. Με αυτή τη μορφή πρόσθεσης, ο εξωσκελετός πρέπει να λαμβάνει πληροφορίες όχι μόνο από τον εγκέφαλο, αλλά και από τον νωτιαίο μυελό. Με μια τέτοια συσκευή, συνδεδεμένη με όλες τις σημαντικές νευρικές απολήξεις του σώματος, ένα άτομο μπορεί να ονομαστεί πραγματικό cyborg. Φορώντας έναν εξωσκελετό θα επιτρέψει σε ένα εντελώς παράλυτο άτομο να ανακτήσει την ικανότητα να κινείται. Αλλά το πρόβλημα είναι ότι η υλοποίηση του κινήματος δεν είναι το μόνο που απαιτείται από το NCI. Εξωσκελετόςπρέπει επίσης να λαμβάνει υπόψη την ισορροπία, τον συντονισμό των κινήσεων, τον προσανατολισμό στο χώρο. Ενώ το έργο της ταυτόχρονης υλοποίησης όλων αυτών των εντολών είναι δύσκολο.
Ο φόβος των ανθρώπων για το νέο
Η μη επεμβατική μέθοδος τοποθέτησης εμφυτευμάτων είναι αποτελεσματική σε εργαστηριακές συνθήκες, αλλά στη συνηθισμένη ζωή αυτή η μέθοδος είναι απίθανο να ανταποκριθεί στις προσδοκίες που τίθενται σε αυτήν. Η επαφή με μια τέτοια σύνδεση είναι αδύναμη, χρησιμοποιείται κυρίως για την ανάγνωση σημάτων. Ως εκ τούτου, στην ιατρική και στη νευροπροσθετική, κατά κανόνα, χρησιμοποιούν τη χειρουργική μέθοδο εισαγωγής ηλεκτροδίων στο σώμα. Λίγοι άνθρωποι όμως θα συμφωνήσουν να συνδυάσουν το σώμα τους και την άγνωστη τεχνική. Έχοντας ακούσει για τους εξολοθρευτές και τα cyborgs από ταινίες του Χόλιγουντ, οι άνθρωποι φοβούνται την πρόοδο και τις καινοτομίες, ειδικά όταν αφορούν άμεσα ένα άτομο.
