Содержание
Нейроинтерфейс: управлять силой мысли
Нейроинтерфейс делает возможным то, что еще недавно считалось фантастикой – обмен информацией между мозгом и внешним устройством, то есть управление объектами силой мысли. В России есть несколько организаций, которые плотно занимаются изучением данной технологии. Уже в этом году нейроинтерфейс планирует выпустить в продажу концерн «Автоматика» Госкорпорации Ростех.
О том, как управлять реальностью силой мысли, об истории данной технологии и современных разработках – в нашем материале.
Нейроинтерфейс: посредник между мозгом и компьютером
Нейроинтерфейс (или интерфейс «мозг – компьютер») – так называется устройство для обмена информацией между мозгом и внешним устройством. В качестве объекта управления может выступать не только компьютер, но и любое другое электронное устройство: квадрокоптер, система «умного дома», промышленный робот или боевой дрон, экзоскелет и даже искусственные органы чувств.
Медицина на данный момент является основной областью применения нейроинтерфейсов. Здесь интерфейс «мозг – компьютер» открывает новые возможности в области протезирования и реабилитации инвалидов с различными моторными нарушениями. Например, после инсульта многие пациенты не могут говорить. В этой ситуации нейроинтерфейс выступает умным посредником между мозгом и внешней реальностью, единственным средством общения.
Парализованные пациенты с помощью такого устройства могут управлять протезом и инвалидной коляской или даже механическим экзоскелетом. Пожалуй, самое лучшее наглядное доказательство фантастических возможностей этой технологии произошло в 2014 году. Тогда Чемпионат мира по футболу в Бразилии открыл ударом по мячу Джулиано Пинто – человек с параличом нижних конечностей. Сделал он это с помощью экзоскелета, управляемого силой мысли.
Нейроинтерфейсы уверенно входят в повседневную жизнь и расширяют области использования.
Сегодня к технологии «мозг – компьютер» начинает проявлять интерес не только медицина, но и развлекательная отрасль с ее компьютерными «игрушками», промышленное производство, устройства «умного дома», роботехника.
Согласно исследованию Allied Market Research, рынок интерфейсов «мозг – компьютер» растет опережающими темпами и уже в 2020 году составит порядка 1,46 млрд долларов.
История отношений «мозг – компьютер»
Можно сказать, что история интерфейса «мозг – компьютер» насчитывает более ста лет. Еще в 1875 году, задолго до изобретения самого компьютера, английский физиолог и хирург Ричард Кэтон обнаружил электрические сигналы на поверхности мозга животного. В 50-е годы прошлого века появился первый нейроинтерфейс. Им принято считать Stimoceiver – электродное устройство, которое управлялось по беспроводной сети с помощью FM-радио. Оно было изобретено испанским и американским ученым Хосе Дельгадо и испытано в мозге быка.
Демонстрация возможностей нового устройства была очень эффектной – на арене для корриды. Дельгадо вышел против быка, а когда тот побежал на него, нажал кнопку на пульте управления – впервые удалось изменить направление движения животного с помощью нейроинтерфейса.
В 1998 году был внедрен первый нейроинтерфейс в мозг человека. Пациентом стал американский художник и музыкант Джонни Рей. Думая или представляя движения рук, Рей управлял курсором на экране компьютера.
Но настоящий прорыв случился несколько лет назад, когда появились достаточно мощные компьютеры и новые алгоритмы. Если раньше можно было расшифровывать только самые простые намерения, например, хочет человек пошевелить правой рукой или левой, то современный нейроинтерфейс может управлять даже отдельными пальцами протеза руки. Для этого нужно внедрить на участке мозга, отвечающем за движение рук, более 100 электродов.
Как это работает: не телепатия и не телекинез
Конечно, новые технологии предоставили новые невероятные возможности в этой сфере, но принципиальная идея нейроинтерфейса такая же, как и полвека назад.
В интерфейсе «мозг – компьютер» нет ничего мистического: технология позволяет регистрировать электрическую активность мозга и преобразовывать ее в команды для внешних устройств.
«Это не телепатия и не телекинез: в нейроинтерфейсах мысленные команды человека расшифровываются по записи электрической активности его мозга, или электроэнцефалограммы. Той самой, которую записывают в каждой поликлинике», – объясняет психофизиолог Александр Каплан, завлабораторией нейрофизиологии и нейроинтерфейсов биологического факультета МГУ.
Считывание сигналов мозга производится с помощью инвазивных (вживляемых в мозг пациента) датчиков или неинвазивных датчиков, которые регистрируют ЭЭГ с поверхности головы.
Итак, для инвазивного нейроинтерфейса требуется операция: электроды вживляются прямо в кору мозга. Выглядят они как маленькая пластинка, примерно пять на пять миллиметров, которая покрыта сотнями иголочек-электродов. Они регистрируют электрическую активность отдельных нервных клеток в том месте, куда внедрены.
Такие датчики отличаются более сильным сигналом, однако инвазийное вмешательство сопряжено с последствиями для здоровья человека. Даже отличные характеристики датчиков нового поколения могут вызвать ряд проблем: риск воспалений, необходимость повторной имплантации из-за отмирания нейронов и даже такие необъяснимые последствия, как эпилепсия. Поэтому такие интерфейсы используют в крайних случаях, для тяжелобольных пациентов, которым не могут помочь другие методы.
Неинвазивный нейроинтерфейс не предполагает вторжения в организм – электроды прикрепляют к коже головы. Несмотря на то что мозг располагается глубоко в черепе, электрические поля, создаваемые нервными клетками, улавливаются электродами на поверхности головы. Этот метод уже давно применяется при снятии электроэнцефалографии. С использованием нейрогарнитуры возможно построить интерфейс «мозг – компьютер», обеспечивающий точность распознавания команд пользователя до 95%.
В свою очередь, неинвазивные нейроинтерфейсы могут быть на «мокрых» и «сухих» электродах.
В первом случае электроды с подушечками нужно смачивать и лишь затем прикреплять к голове. Как известно, жидкость служит проводником электричества и облегчает снятие данных. Однако у такого метода есть недостатки, и это не только мокрые волосы.
Нейроинтерфейсы на сухих электродах выглядят в виде шлема, который можно легко надеть без какой-либо дополнительной помощи и подготовки. Специальные электроды не требуют использования электропроводящего геля, при этом высокое качество регистрируемого сигнала обеспечивает система активного подавления помех. К примеру, подобный нейроинтерфейс разработал концерн «Автоматика» Госкорпорации Ростех.
BrainReader российского производства
Предсерийный образец шлема-нейроинтерфейса в прошлом году был представлен на выставке БИОТЕХМЕД. Над созданием технологии работал Институт электронных управляющих машин (ИНЭУМ) им. И.С. Брука, входящий в состав концерна «Автоматика».
В разработке реализован механизм адаптивной цифровой обработки электрической активности мозга и неинвазивный метод снятия данных на основе сухих электродов.
Одно из главных преимуществ – удобство применения. Интерфейс встроен в специальный шлем, который можно легко снять и надеть любой человек без дополнительной помощи. Сухие электроды не нужно смачивать электропроводящим гелем.
Точность обработки сигнала при этом не падает даже в местах большого скопления людей, в транспорте, в окружении большого числа передающих устройств. Специально для этого была создана программно-аппаратная платформа, обрабатывающая сигналы и «очищающая» их от помех. Электроды нейроинтерфейса – это, фактически, антенна, которая ловит весь эфир. При этом сигналы, идущие от мозга, слабее естественного шума. Специальный алгоритм обработки этих сигналов является одной из ключевых особенностей отечественной разработки.
Ожидается, что шлем-нейроинтерфейс выпустят в продажу уже в 2019 году. При этом «Автоматика» планирует вывести новинку и на международный рынок, под названием BrainReader.
Как считают эксперты, устройство имеет хороший экспортный потенциал. Ближайший по характеристикам конкурент – американская нейрогарнитура – стоит примерно в три раза дороже.
Концерн «Автоматика» уже приступил к получению разрешительной документации для выхода на рынки стран Азии. Предложения от азиатских компаний, в частности из Индонезии и Малайзии, о дистрибуции BrainReader поступили по результатам участия в выставке Medlab AsiaPacific & Asia Health 2019, где возможности российского устройства вызвали большой интерес.
Нейроинтерфейсы: что это такое и чем они опасны
Ученые и бизнесмены давно пытаются создать нейроинтерфейсы — технологии для взаимодействия человеческого мозга и компьютера. Однако эти разработки сопряжены со множеством вызовов, в том числе этических.
Шлем Kernel: прочитать мысли за $50 тысяч
В средине июня компания Kernel заявила о готовности шлема для чтения мыслей собственной разработки.
Фирма планирует отправку этих шлемов партнерам уже в ближайшее время. Среди них — частные компании и исследовательские лаборатории. Стоимость шлема — $50 тыс., его вес — всего 900 граммов. Шлем оснащен большим количеством датчиков, благодаря которым он может считывать и анализировать электрические импульсы и кровоток мозга. Это позволяет понимать, как человек, носящий шлем, реагирует на раздражители окружающего мира. Полученные данные шлем передает на компьютер.
Компания Kernel представила две модели шлемов. Первая модификация — Flow — может оценивать внимание и эмоциональное состояние подопытного. Вторая модель под названием Flux будет исследовать исключительно работу мозга, его способность к обучению и реакцию на внешнюю информацию. Коммерческие компании — партнеры, сделавшие предварительный заказ Kernel, будут изучать реакцию мозга на различные товары. Ученых же интересуют другие аспекты, среди которых работа поврежденного мозга, например после инсульта или травмы, особенности старения мозга или то, как он функционирует у людей, больных, например, болезнью Паркинсона.
Исследователей также интересует, как мозг работает при переживаниях или во время определенных практик, например медитации.
Присоединяйтесь к нам в соцсетях!
Технология, использованная создателями шлема Kernel, существует уже не первый год. Однако оборудование, необходимое для ее работы, занимает много места. Kernel — это первая компактная реализация неинвазивного нейроинтерфейса, дающего возможность взаимодействия компьютера и мозга без вживления дополнительных устройств. Основатель проекта подчеркивает, что форм-фактор устройства позволяет человеку перемещаться в повседневных условиях, благодаря чему можно фиксировать мозговую активность в процессе взаимодействия обладателя шлема с окружающим миром.
Брайан Джонсон (Bryan Johnson), основатель компании Kernel, планирует к 2030 году снизить стоимость шлема до цены среднего смартфона и сделать так, чтобы его могла купить любая американская семья. Недаром слоган компании — «Познай себя», а ее миссия — улучшить эмоциональное и психологическое состояние обычных людей.
Подписывайтесь на нас в Google News!
Что такое нейроинтерфейсы и как они связаны с идеей шлема Kernel
Рассказывая о том, как создавался Kernel, его основатель упоминает, что он в процессе разработки устройства обсуждал партнерство с Илоном Маском, в частности с его компанией Neuralink Corp. Сотрудничества не получилось, и каждый из предпринимателей стал работать в своем направлении, хотя оба они изучают функционирование мозга.
Брайан Джонсон хочет понимать, как работает мозг, чтобы больше знать о болезнях, состояниях мозга, эмоциях и реакциях, что позволит улучшить состояние человека. Илон Маск и его проект Neuralink Corp. своей целью ставит разработку «чистого» нейроинтерфейса для управления компьютером.
Однако и шлем Kernel, и проект Илона Маска, и нейроинтерфейс в принципе для успешной работы должны решить первоначальную задачу — считать мозговые импульсы. Просто каждое из этих устройств по-разному использует полученные данные.
Итак, нейроинтерфейс — это система обмена информацией между мозгом и другим устройством. В некоторых случаях нейроинтерфейс просто передает данные на внешнее устройство (наподобие шлема Kernel), но иногда система позволяет управлять другим устройством, например компьютерной программой или специальными приборами либо объектами, такими как персонажи компьютерных игр.
Илон Маск и Neuralink Corp., или Заставь обезьяну играть в видеоигры
Илон Маск еще в прошлом году представил первые версии двустороннего нейроинтерфейса, который не только передает внешнему устройству сигналы мозга, но и способен воспринимать сигналы и использовать их, например, для управления приборами или компьютерными программами.
Уже в апреле этого года Маск продемонстрировал работу нейроинтерфейса на примере чипа, вживленного в мозг обезьяны и способного управлять компьютерной игрой силой мысли.
Глобальная цель этой разработки Neuralink Corp. — предоставить людям с параличом возможности управлять устройствами.
А в будущем Илон Маск не исключает, что нейроинтерфейс поможет и обычным людям управлять гаджетами, в том числе электромобилями.
Нейроинтерфейсы: версия Facebook
Социальная сеть Facebook давно изучает мозг и разрабатывает технологию сканирования нейронов для дальнейшего ее использования в разных целях. Еще в 2017 году появилась информация о том, что Facebook создает собственный нейроинтерфейс, задача которого — ввод команд без клавиатуры и без помощи рук. Иными словами, в Facebook хотели, чтобы пользователи публиковали в соцсетях свои посты, которые бы считывались непосредственно из мозга.
Время от времени информация об этих разработках соцсети появлялась и в ее блоге, и в медиа: например, компания планировала создать датчик, который бы преобразовывал мысли людей не только в записи в соцсети, но и в другие действия, необходимые, например, для управления персонажами компьютерных игр.
Первым реальным продуктом Facebook, способным считывать сигналы мозга, стал анонсированный весной этого года браслет: он может воспринимать отдельные сигналы мозга, связанные с движениями пальцев рук, и управлять объектами в дополненной реальности.
Пока браслет Facebook понимает буквально несколько движений, однако в компании считают, что в будущем он будет умнее и сможет выполнять больше команд.
В планах создателей браслета — научить устройство воспринимать движения пальцев рук человека, когда тот набирает текст на виртуальной невидимой клавиатуре. Разработчики уверены, что эта система позволит людям печатать на виртуальной клавиатуре быстрее, чем на обычной.
Пока представленная разработка весьма далека от предыдущих планов компании, однако она говорит о том, что социальная сеть сфокусировалась на одном, весьма узком, направлении нейроинтерфейсов и их использования в дополненной реальности.
Предыдущие анонсы Facebook в сфере нейроинтерфейсов, равно как и объявление о создании смарт-очков с функцией распознавания, вызвали шквал критики со стороны правозащитников и сторонников приватности, уверенных в том, что компания, которая и так знает слишком много о своих пользователях, не должна буквально лезть им в мозг.
Кому нужны нейроинтерфейсы и где их можно применять
Брайан Джонсон изучает мозг для улучшения психического здоровья и эмоционального состояния, цели проектов Илона Маска — создание технологий для управления гаджетами с помощью силы мысли. Именно второй вариант применения нейроинтерфейсов сегодня наиболее востребован, ведь он позволит людям с травмами или неврологическими проблемами значительно улучшить свое качество жизни.
Идеи, которые пытались воплотить в Facebook, демонстрируют еще одно направление использования нейроинтерфейсов — развлечения, в том числе в виртуальной и дополненной реальностях.
Идея Илона Маска об управлении гаджетами силой мысли пока звучит как нечто весьма фантастическое, однако нельзя исключать и такое применение интерфейсов, пусть и в отдаленном будущем.
Проблемы нейроинтерфейсов — этические и технологические
Массовое использование нейроинтерфейсов несет в себе многие сложности и вызовы — как этические, так и технологические, которые связаны с реализацией систем.
Если шлем Kernel представляет собой неинвазивное решение (для его работы не нужно вживлять чипы в организм человека), то прототип продукта, представленного Илоном Маском, — это инвазивная технология. Сложно спрогнозировать, какими будут последствия ее длительного использования, то есть что будет с человеком, в голове которого более 20 лет находится вживленный чип. Кроме того, нельзя исключать и риск повреждения мозга при вживлении такого импланта.
Другой род сложностей — всевозможные технические вопросы: организация энергопотребления вживленных чипов, защита устройств от взломов, хранение данных мозговой активности.
Еще больше существует этических вызовов в результате применения этой технологии. В первую очередь речь идет об использовании полученных данных и манипулировании человеком, чья мозговая активность считана устройством. В этом случае манипуляции с помощью контента в социальных сетях выглядят детским лепетом по сравнению с тем, каким образом можно будет влиять на решения людей — носителей нейроинтерфейса.
Именно по этой причине попытки Facebook создать собственный нейроинтерфейс вызывают протесты. Защитники приватности и другие эксперты предупреждают, что в разработке нейроинтерфейсов нужно быть очень осторожным, чтобы нарративы сериала «Черное зеркало» не стали обычным явлением нашей жизни.
Поблагодарить 🎉
Ошибка в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter
«Активные» нейроинтерфейсы для здоровых людей: ближайшие перспективы
Интерфейсы мозг-компьютер, или нейроинтерфейсы, чаще всего создаются для помощи парализованным людям. Обычные средства взаимодействия с компьютерами и мобильными устройствами – клавиатура, мышь или тачскрин – бесполезны, если человек неподвижен. Используя нейроинтерфейс – устройство, определенным образом анализирующее электрические или другие сигналы мозгового происхождения – парализованный человек может подать компьютеру команду напрямую из своего мозга. Например, нейроинтерфейс можно научить откликаться на мысленное представление движения рукой или на фокусировку внимания на мигании буквы в составе экранной клавиатуры.
Так можно печатать буквы и слова, выбирать нужные пункты в меню и выполнять другие несложные действия.
Однако нейроинтерфейсы работают намного медленнее, чем мыши и тачскрины, особенно если ставится задача не делать частые ошибки в распознавании команды: в этом случае срабатывания нужно ждать по меньшей мере несколько секунд. Скорость удается существенно повысить только при использовании инвазивных интерфейсов, датчики которых устанавливаются непосредственно в мозг. Такие технологии в настоящее время являются довольно рискованными, и их еще много лет или даже десятилетий будет возможно использовать только при наличии серьезных медицинских показаний.
Поэтому уже долгое время среди специалистов преобладает точка зрения, согласно которой для здоровых людей, имеющих возможность использовать обычные средства взаимодействия с компьютером, управление компьютером через нейроинтерфейс не представляет интереса. Для них предлагается разрабатывать лишь так называемые «пассивные» интерфейсы мозг-компьютер, которые подстраивают работу компьютерных программ под текущие потребности пользователя, не требуя его внимания.
С помощью такого интерфейса, например, можно выбирать темп выдачи информации на экран с учетом текущих возможностей пользователя воспринимать эту информацию, или оптимизировать поиск информации в интернете, сравнивая эмоциональные реакции пользователя на разные результаты поиска. При этом все происходит автоматически – от пользователя не требуются никакие осознанные действия. Пассивный нейроинтерфейс не конкурирует с мышью и тачскрином, а создает дополнительный канал взаимодействия пользователя с компьютером. Поскольку он работает в фоновом режиме, не отвлекая внимание пользователя, с его низкой скоростью работы можно мириться.
В своей статье ведущий научный сотрудник МЭГ-центра Московского государственного психолого-педагогического университета (МГППУ) Сергей Шишкин обращает внимание на то, что, несмотря на скептическое отношение многих исследователей к использованию здоровыми пользователями «активных» нейроинтерфейсов – выполняющих намеренно, сознательно отданные пользователем команды – попытки приспособления этой технологии для задач здоровых пользователей регулярно продолжаются, хотя и редко доходят до коммерческого применения.
При этом в мире независимо друг от друга развиваются несколько направлений экспериментального немедицинского использования активных нейроинтерфейсов: в компьютерных играх, в искусстве и даже во взаимодействии с … автомобилями. В последнем случае, разумеется, нейроинтерфейсы предлагается использовать не для вождения, а для простых операций – выбор места назначения, переключение света в салоне, выбор радиостанции. Именно такого рода нейроинтерфейс был представлен в 2021 году компанией “Мерседес-Бенц” в их новом концепт-каре с системой автономного вождения VISION AVTR.
Почему же, несмотря на то, что неинвазивные активные нейроинтерфейсы значительно проигрывают обычным средствам взаимодействия с компьютером по скорости работы, некоторые исследователи и разработчики продолжают искать возможности их применения для решения задач здоровых пользователей? По мнению Сергея Шишкина, за этим стоит не только стремление создать необычный, “футуристичный” продукт, но и более рациональные основания.
Дело в том, что пользователю современных технических устройств не всегда требуется отдавать им команды как можно быстрее: иногда более важным является сам опыт взаимодействия с устройством. А опыт взаимодействия с использованием нейроинтерфейса оказывается совсем другим, нежели при использовании обычных электронно-механических устройств управления.
«Люди, по-видимому, во все времена обращали внимание на то, что с некоторыми инструментами приятно работать, а некоторые кажутся очень неудобными, – говорит Сергей Шишкин. – И инструменты, которые воспринимаются как удобные, всегда ценили и ценят сейчас. Разумеется, за этим стоят и прагматические соображения: работая с удобным инструментом, меньше устаешь и реже делаешь ошибки. Но работа с удобным инструментом еще и просто более приятная. А современные люди все больше используют технику и тогда, когда не заняты работой. И тут, как заметил голландский исследователь Антон Найхолт (Anton Nijholt), изучающий применение нейроинтерфейсов в компьютерных играх и в искусстве, особенности опыта взаимодействия человека с техникой становятся для него особенно важными.С точки зрения Найхолта, это и делает нейроинтерфейсы привлекательными для здорового пользователя даже несмотря на то, что они не могут конкурировать с традиционными человеко-машинными интерфейсами по своим точностно-скоростным показателям».
С точки зрения Найхолта, это и делает нейроинтерфейсы привлекательными для здорового пользователя даже несмотря на то, что они не могут конкурировать с традиционными человеко-машинными интерфейсами по своим точностно-скоростным показателям».
Сергей Шишкин подчеркивает, что именно возрастание внимания современного человека к переживанию его взаимодействия с техникой может объяснить продолжающееся в различных странах эксперименты с нейроинтерфейсными технологиями в сфере и компьютерных игр, и экспериментального искусства, и в управлении автономными автомобилями. Например, в пресс-релизе фирмы «Мерседес-Бенц» применение интерфейса мозг-компьютер в их концепт-каре объяснялось целями «дальнейшего улучшения комфорта» и “раскрытия революционных возможностей интуитивного взаимодействия с автомобилем”.
Отдельная сфера все более активного экспериментирования с нейроинтерфейсами, выделенная в статье исследователя из МГППУ, – виртуальная и дополненная реальность, используемая как в играх, так и для других целей.
Эти технологии сами по себе создают необычный опыт как восприятия искусственно созданной или искусственно модифицированной реальности, так и действий в ней. По-своему необычный, «немышечный» и бесконтактный способ действия – управление «силой мысли», точнее, с использованием определенных мысленных действий, приводящих к изменению рисунка работы мозга, которое может быть распознано нейроинтерфейсом – является интересным дополнением к опыту погружения в виртуальные миры.
Есть и другие причины пытаться использовать нейроинтерфейсы в качестве одного из средств совершения действий в виртуальной и отчасти в дополненной реальности: любые из более традиционных технологий – например, использование специальных контроллеров, которые пользователь держит в руках, движений головы или голоса – имеют каждая свои существенные недостатки. Поскольку они не дают такое же уверенное управление, как средства ввода, используемые в обычной работе с компьютерами и мобильными устройствами, нейроинтерфейсы могут рассматриваться как их вполне серьезный конкурент – или, по крайней мере, как дополняющее их еще одно полезное средство управления.
Кроме того, компоненты нейроинтерфейсного управления удобно включать в наголовные дисплеи для виртуальной реальности в связи с тем, что их пользователь в любом случае уже соглашается приобретать довольно недешевое устройство и носить его на голове.
По словам Сергея Шишкина, еще одна возможность для интерфейсов мозг-компьютер стать особенно привлекательными как для здоровых пользователей, так и для больных – это если окажется, что использование по крайней мере некоторых интерфейсов мозг-компьютер ведет к улучшению тех когнитивных функций, которые пользователь активирует для подачи команд в интерфейсе – например, внимания или представления движений. Пока что такие возможности очень мало исследовались.
Более того, как отмечается в статье, опыт взаимодействия с помощью нейроинтерфейсов, несмотря на его важность для понимания их ценности для здоровых пользователей, практически не изучался в систематических исследованиях. Дальнейший прогресс в развитии технологии активных интерфейсов для здоровых пользователей будет критически зависеть от таких исследований.
«Очень возможно, что интерфейсы мозг-компьютер смогут войти в нашу обычную жизнь уже скоро – например, лет через пять-семь, – говорит Сергей Шишкин. – Но, откровенно говоря, пока что об этом можно лишь гадать. До сих пор нет ясности, есть ли что-то всерьез интересное для массового пользователя за пределами “вау-эффекта” – изумления и восторга при первом контакте с новой необычной технологией. Однако анализ публикаций по активным интерфейсам мозг-компьютер показывает, что даже если нынешние интерфейсы и не обеспечивают устойчивый позитивный опыт, есть хорошие шансы приблизиться к этому в ближайшее время».
Сергей Шишкин обращает внимание на то, что если разработчики будут фокусироваться именно на опыте пользователя, создавать нейроинтерфейсы, привлекательные для здоровых людей, по-видимому, станет гораздо проще. В частности, стоит попробовать использовать феномены, пока что мало изученные в контексте применения в нейроинтерфейсных технологиях.
В их числе – так называемые квазидвижения – феномен, открытый пятнадцать лет назад в Германии ученым российского происхождения Вадимом Никулиным. Они представляют собой нечто среднее между обычными и воображаемыми движениями. Первые исследователи квазидвижений отмечали, что научить человека с их помощью стабильно вызывать хорошо различимые изменения рисунка электрических потенциалов мозгового происхождения – то есть именно те “маркеры” отдачи команды, на распознавании которых основана работа нейроинтерфейсов – значительно проще, чем если использовать стандартную методику воображаемых движений. Опыт человека, выполняющего квазидвижения, по-своему необычен. Обучение квазидвижениям и их выполнение сопряжено с фокусировкой на выполнении очень тонких действий, и в то же время научиться им удавалось практически всем участникам экспериментов. Однако подробно этот феномен до сих пор не изучался.
В настоящее время в МЭГ-центре МГППУ идет работа по проекту, поддержанному Российским научным фондом, в которой будут оценены возможности создания новых нейроинтерфейсов на основе квазидвижений.
Главный вывод исследования: чем больше внимания разработчики интерфейсов мозг-компьютер будут уделять пользовательскому опыту их использования – опыта совершения действий без использования мышц – тем быстрее эти технологии станут привлекательны для массового пользователя.
Удалось выявить, по-видимому, наиболее существенное препятствие, стоящее на пути прихода технологии интерфейсов мозг-компьютер (нейроинтерфейсов) к массовому пользователю – недостаточная изученность опыта пользователя. Преодоление этого препятствия может обеспечить резкий рост числа пользователей. А чем более массовыми станут интерфейсы мозг-компьютер, тем больше ресурсов будет вкладываться в развитие этой технологии, тем меньше будет ее стоимость и, соответственно, тем более доступной она будет для людей, наиболее остро нуждающихся в ней – парализованных и имеющих другие нарушения моторных функций. Кроме того, развитие этой технологии может открыть возможности тренировки различных когнитивных функций как для больных, так и для здоровых людей.
Работа поддержана грантом Российского научного фонда (РНФ).
Теги
Инженерные науки
7 ведущих компаний по созданию интерфейсов мозг-компьютер и их текущие и перспективные продукты
Futurist > Компании, создающие будущее > 7 ведущих компаний по созданию интерфейсов мозг-компьютер . Действительно, очень мало известно об этой серой массе клеток в нашем черепе, играющей важную роль в познании; регуляция работы сердца, легких и других систем и функций; движение и многое другое. Имея примерно 100 миллиардов нейронных соединений, наш мозг способен обрабатывать миллиарды бит информации в секунду. Последней тенденцией в раскрытии тайн разума являются интерфейсы мозг-компьютер.
В государственном секторе такие инициативы, как проект «Человеческий мозг», направлены на ускорение исследований, которые могут помочь нам узнать больше о собственном мозге, чтобы иметь возможность лучше лечить болезни и улучшать когнитивные функции.
В частном секторе ряд компаний работают над созданием эффективных интерфейсов «мозг-машина» для широкого спектра применений. Читайте дальше, чтобы узнать больше о семи компаниях, занимающихся прямой связью человеческого мозга с машинами, а также о технологиях и подходах, которые они используют для ускорения наступления будущего.
Neuralink
(https://www.neuralink.com/)
Конечная цель Neuralink, основанной генеральным директором Tesla Илоном Маском, — создать симбиоз между человеческим мозгом и ИИ, в частности объединить компьютеры с человеческий мозг. Они создают устройства, которые помогут людям с параличом, потерей памяти, слуха, слепотой и другими неврологическими проблемами. Текущие проекты направлены на то, чтобы снабдить человеческий мозг тонкими нитевидными электродами, вшивая «нити» в мозг, чтобы можно было получить прямой доступ к клеткам мозга и управлять ими с помощью искусственного интеллекта.
Компания обратилась к академическим кругам с просьбой нанять нескольких высокопоставленных нейробиологов, которые могут поделиться своим опытом в разработке новых интерфейсов мозг-машина.
С момента своего основания в 2016 году Neuralink получила в общей сложности 373 млн долларов США. Последний раунд финансирования состоялся 14 июля 2022 года.
себя как компанию, сосредоточенную на переносе технологий из лаборатории в реальный мир, чтобы нейротехнологии были простыми и достаточно доступными для использования в повседневной жизни. Для них это создание инструментов когнитивного измерения и разработка способа измерения эмоционального состояния мозга, специально разработанного для внимания, которое можно было бы еще более конкретно определить и понимать как «когнитивную нагрузку». В 2017 году компания попала в новости из-за изобретения первой в мире игры виртуальной реальности (VR), управляемой мозгом, в которой игроки надевали гарнитуру ЭЭГ, сидя перед компьютером, и их просили мысленно управлять автомобилем с дистанционным управлением.
Сегодня они ведут переговоры с различными подразделениями вооруженных сил, чтобы использовать устройства Neurable для повышения эффективности военных с целью сокращения времени обучения.
В июне 2021 года они запустили свои наушники Enten: умные наушники для более разумных привычек фокусировки на IndieGoGo, которые получили 231000 долларов от 1051 сторонника. Общее корпоративное финансирование Neuralink на сегодняшний день составляет 9,3 миллиона долларов.
Emotiv
(https://www.emotiv.com)
Emotiv — производитель беспроводных наушников для мониторинга электроэнцефалограммы (ЭЭГ) для научных исследований и личного использования. Они охватывают удивительное разнообразие потенциальных отраслей и приложений — от игр до интерактивного телевидения, повседневного взаимодействия с компьютером, системы управления без помощи рук, интеллектуальных адаптивных сред, искусства, дизайна специальных возможностей, исследований рынка, психологии, обучения, медицины, робототехники, автомобилестроения, транспорта. безопасность, оборона и безопасность.
Ассортимент гарнитур Emotiv состоит из первоклассной гарнитуры Epoc Flex для профессионалов и Insight для потребительского использования.
Они поставляются с соответствующими приложениями под названием Emotiv Pro и Emotiv BCI. Излишне говорить, что они охватывают любой уровень исследований, будь то контролируемые лабораторные установки для любителей, желающих контролировать свои собственные функции мозга.
Kernel
(https://www.kernel.co)
Kernel создает следующее поколение систем измерения мозга, используя сильные стороны функциональной временной области спектроскопии ближнего инфракрасного диапазона (TD-fNIRS). . Их Kernel Flow дебютировала в 2021 году и является первой в мире носимой системой TD-fNIRS с полным охватом головы, которая поддерживает или улучшает производительность существующих настольных систем и может выполнить свою миссию по популяризации нейроизмерений.
Первоначальная цель Kernel заключалась в том, чтобы разработать способ хранения воспоминаний вне мозга и загрузки новых воспоминаний в гиппокамп, центр памяти мозга. В 2017 году их основатель и генеральный директор Брайан Джонсон рассказал о повышении человеческого интеллекта с помощью имплантатов нейронных чипов.
Как и Neuralink, Kernel также набирает ученых-исследователей, которые могут поделиться своим опытом, чтобы ускорить темпы инноваций.
NextMind
(https://www.next-mind.com)
Технология NextMind расшифровывает фокус внимания на основе активности вашего мозга и позволяет вам управлять цифровыми интерфейсами непосредственно мысленно в режиме реального времени. NextMind Dev Kit предлагает простое решение для всех, кто хочет создавать приложения, управляемые разумом, без необходимости решать технические проблемы обработки сигналов мозга.
Они произвели фурор на выставке CES 2020 своим носимым устройством для распознавания мозга, первым в своем роде в отрасли. Причудливая ЭЭГ, которая может записывать электрическую активность мозга, сенсорное устройство NextMind легкое и использует машинное обучение для преобразования активности ЭЭГ в команды. По словам основателя NextMind Сида Куидера, это шаг вперед по сравнению с программным обеспечением для отслеживания взгляда, которое годами использовалось для неинвазивного поиска и изучения когнитивных функций.
В марте 2022 года NextMind была приобретена Snap за нераскрытую сумму.
MELTIN MMI
(https://www.meltin.jp/en/)
Поскольку технологии, изменяющие окружающую среду, достигают точки насыщения, MELTIN разрабатывает технологии, которые позволяют нам изменять наши тела в соответствии наши среды.
Первая цель компании MELTIN, основанной в 2013 году, состояла в том, чтобы воссоздать руку, самую сложную часть нашего тела. Их киборг MELTANT-α/β представляет собой роботизированную руку, используемую пользователем для создания движений, максимально похожих на движения наших рук, с добавлением таких функций, как повышенная гибкость, скорость, сила, мощность и точность. Что касается медицины, они предлагают систему реабилитации рук MELTz для пациентов с параличом рук, например, после инсульта. Теперь компания нацелилась на другие модальности помимо движения, такие как зрение.
Bitbrain. технологий вместе с программными решениями для реальных приложений и исследований.
Bitbrain признан мировым эталоном нейротехнологических решений B2B.
Компания Bitbrain, запущенная в 2010 году исследователями из Университета Сарагосы в Испании, предлагает множество современных носимых устройств и программного обеспечения для мониторинга. Область применения продукта варьируется от контролируемых лабораторий до общества в целом, что повлияло на области нейромаркетинга и улучшения когнитивных функций.
———-
Будущее интерфейсов мозг-компьютер остается захватывающим. С развитием инструментов машинного обучения и искусственного интеллекта в сочетании с увеличением мощности компьютерных процессоров может пройти совсем немного времени, прежде чем нейротехнологии, отстаиваемые этими компаниями, станут реальностью.
Нейронные интерфейсные ИС — Yoon Lab
Исследования в области биомедицинских интерфейсов посвящены инновациям новых человеко-машинных интерфейсов через кожу, сердце, центральную и периферическую нервную систему. Наше исследование схемы нейронных интерфейсов посвящено инновациям современных интерфейсов мозг-машина, высокой плотности нейронной записи и микросистем стимуляции.
Нейронный интерфейс опто-электрофизиологии с питанием от батареи и формированием оптического импульса, предотвращающим появление артефактов Мы представляем ИС нейронного интерфейса для высокоточной оптической стимуляции и электрической записи с имплантированных оптоэлектродов с самой высокой системной интеграцией на сегодняшний день. Система сочетает в себе 12 каналов драйвера светодиодов постоянного тока с высоким разрешением, 32 канала записи и эффективный PMU для работы от низковольтной литиевой батареи на беспроводной платформе. Новая архитектура драйвера светодиодов включает в себя высокоэффективный полностью интегрированный регулятор напряжения с широким диапазоном тока и формирователь импульсов с высоким разрешением, чтобы свести к минимуму артефакты записи из-за резких фронтов импульсов тока. Прототип, изготовленный из КМОП 0,18 мкм, занимает площадь 7,35 мм². Драйвер светодиода имеет пиковый КПД 50% и потребляет 31 мкВт в режиме покоя. [А. Э. Мендрела, С.-Ю. Парк, М. Вёрёслакос, М. П. Флинн и Э. Юн, «Оптоэлектрофизиологический нейронный интерфейс с питанием от батареи и формированием оптического импульса, предотвращающим артефакты», Симпозиум IEEE по схемам СБИС , июнь 2018 г.] |
Мы демонстрируем в естественных условиях, что схема формирования импульса предотвращает артефакты стимуляции. Опто-электрофизиологическая система высокого разрешения с миниатюрным интегрированным головным столиком [А. Э. Мендрела, К. Ким, Д. Инглиш, С. Маккензи, Дж. П. Сеймур, Г. Бужаки и Э. Юн, «Оптоэлектрофизиологическая система высокого разрешения с миниатюрным интегрированным головным столиком», IEEE Transactions on Biomedical Circuits и системы , том. 12, нет. 5, стр. 1065-1075, октябрь 2018 г.] |
Запись осуществляется с помощью готового 32-канального оцифровывающего интерфейса ASIC от Intan. Две компактные печатные платы с нестандартным интерфейсом были разработаны для связи головного пульта с ПК. Система-прототип демонстрирует прецизионную генерацию тока, достаточное генерирование оптического лучистого потока (Φe > 0,16 мкВт) и быстрое включение микросветодиодов ( t нарастание < 10 мкс). Эксперименты на одном животном in vivo подтвердили способность головного каскада точно модулировать активность отдельных нейронов и независимо модулировать активность отдельных популяций нейронов вблизи соседних стержней оптоэлектрода.4,32 пДж/б, сверхширокополосный передатчик на основе объединителя фронтов с прямой связью, без перекрытий, для нейронной записи с большим числом каналов Мы представляем сверхмаломощный, сверхширокополосный (UWB) передатчик (TX) в стандарте 65 -nm КМОП-процессы. [Ю.-Ж. Лин, С.-Ю. Парк, X. Чен, Д. Вентцлофф и Э. Юн, «4,32 пДж / б, сверхширокополосный передатчик на основе объединителя фронтов с прямой связью, без перекрытий, для нейронной записи с большим количеством каналов», IEEE Microwave and Wireless Компоненты Letters , vol. 28, нет. 1, стр. 52-54, январь 2018 г.] |
TX состоит из сумматоров фронтов с прямой связью и интерполяторов для работы со сверхнизким энергопотреблением и надежной генерации импульсов, что очень важно в передатчиках UWB. Реализованная схема позволяет избежать перекрытия импульсов без сложных калибровок и обеспечивает энергоэффективность 4,32 пДж/б при скорости передачи данных 200 Мбит/с. TX подходит для приложений с ограниченным энергопотреблением и высокой скоростью передачи данных, таких как беспроводная телеметрия в имплантируемых нейронных интерфейсах высокой плотности записиДинамическое снижение мощности в масштабируемом интерфейсе нейронной записи с использованием пространственно-временной корреляции и временной раздвоенности нейронных сигналов Мы сообщаем о масштабируемом интерфейсе нейронной записи со встроенным сжатием без потерь для снижения динамического энергопотребления при передаче данных в системах нейронной записи высокой плотности. [С.-Ю. Парк, Дж. Чо, К. Ли, Э. Юн, «Динамическое снижение мощности в масштабируемом интерфейсе нейронной записи с использованием пространственно-временной корреляции и временной разреженности нейронных сигналов», IEEE J. Solid-State Circuits , vol. 56 нет. 4, стр. 1102-1114, апрель 2018 г. (приглашено)] |
Прототип чипа был изготовлен с использованием 180-нм техпроцессов CMOS, включая 128 каналов в модульной архитектуре, которая легко масштабируется и расширяется для нейронных записей с высокой плотностью. Изготовленный чип добился снижения скорости передачи данных для LFP и пиков в 5,35 и 10,54 раза соответственно по сравнению с предложенной схемой сжатия. Следовательно, P D был уменьшен на 89% по сравнению с несжатым корпусом. Мы также добились самых современных показателей записи: 3,37 мкВт на канал, 5,18 мкВ среднеквадратичного значения шума и 3,41 NEF2 V DD. Модульная 128-канальная Δ-Δ Σ Аналоговая входная архитектура с использованием схемы выравнивания спектра для 1024-канальных трехмерных нейронных записывающих микросистем канальный Δ-модулированный Δ Σ аналоговый интерфейс (Δ-Δ Σ AFE) для 1024-канальных трехмерных массивно-параллельных нейронных записывающих микросистем. [С.-Ю. Парк, Дж. Чо, Дж. К. На, Э. Юн, «Модульная 128-канальная Δ-Δ Σ аналоговая внешняя архитектура с использованием схемы выравнивания спектра для 1204-канальных трехмерных нейронных записывающих микросистем», IEEE J. Solid-State Circuits , том. 53, №2, стр. 501-514, февраль 2018 г.] |
Чтобы уменьшить как площадь, так и потребление энергии в цепях записи, мы реализовали схему выравнивания спектра, чтобы использовать в своих интересах спектральные характеристики нейронных сигналов, где большая часть энергии ограничена низкими частотами и следует кривой ~ 1 / f. в спектре. Это позволяет нам реализовать АФЭ с ослабленным динамическим диапазоном на ~30 дБ, тем самым способствуя значительному снижению как энергии, так и площади без ущерба для целостности сигнала. Одноканальный AFE потребляет 3,05 мкВт от источников питания 0,5 и 1,0 В на площади 0,05 мм² при соотношении сигнал/шум и искажения 63,8 дБ, коэффициенте шумовой эффективности 3,02 (NEF) и 4,56 NEF²VDD.Двунаправленная схема нейронного интерфейса с активным подавлением артефактов стимуляции и межканальным подавлением синфазных помех В этой работе представлена схема двунаправленного нейронного интерфейса, которая обеспечивает одновременную запись и стимуляцию с помощью схемы подавления артефактов стимуляции. [А. Э. Мендрела, Дж. Чо, Дж. А. Фреденбург, В. Нагарадж, Т. И. Нетофф, М. П. Флинн, Э. Юн, «Двунаправленная схема нейронного интерфейса с активным подавлением артефактов стимуляции и межканальным подавлением синфазного шума», IEEE J. Твердотельные схемы , том. 51, нет. 4 апреля 2016 г.] |
В системе используется входная схема общего усреднения (CAR) для подавления межканального шума окружающей среды, что еще больше упрощает использование в клинической среде. В этом документе также представлен новый АЦП SAR с адаптацией диапазона (RA) для снижения энергопотребления системы. Прототип изготовлен из CMOS 0,18 мкм, охарактеризован и испытан in vivo на модели крысы с эпилепсией. Прототип ослабляет артефакты стимуляции до 42 дБ и подавляет межканальный шум до 39 дБ.0,8 дБ. Измеренная потребляемая мощность на канал составляет 330 нВт, а площадь на канал — 0,17 мм².Интегральная схема эффективного управления питанием для имплантируемых биомедицинских систем Мы сообщаем о понижающем преобразователе с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), обеспечивающем высокую эффективность преобразования мощности (PCE) при сверхмалых нагрузках (<100 мкА) для имплантируемых биомедицинских систем. [С.-Ю. Парк, Дж. Чо, К. Ли и Э. Юн, «Шим-понижающий преобразователь с коэффициентом мощности >80% при нагрузках от 45 мкА до 4 мА с использованием аналогово-цифрового гибридного управления для имплантируемых биомедицинских систем», IEEE ISSCC (International Solid- State Circuit Conference) Технический сборник , стр. 303–305, февраль 2015 г.] |
Чтобы достичь высокого КПД при работе на фиксированной частоте 1 МГц, понижающий преобразователь активно изменяет размер мощных PMOS, NMOS-транзисторов и их драйверов затворов в соответствии с токами нагрузки. Понижающий преобразователь использует гибридный (цифровой/аналоговый, то есть грубый/точный) режим управления для реализации реконфигурируемых силовых передач с минимальным энергопотреблением. Понижающий преобразователь достиг пиковой эффективности 86,3% при токе 1,4 мА, эффективности более 80% в условиях нагрузки от 45 мкА до 4,1 мА, генерируя выходной сигнал 1 В при однополярном питании 2,5–3,3 В.Аналоговый интерфейсный модуль с умеренной инверсией и операцией выборки с масштабированием мощности для трехмерных нейронных микросистем Мы сообщаем об аналоговом внешнем прототипе, разработанном в 0,25 CMOS-процессе для гибридной интеграции в микросистемы трехмерной нейронной записи. [Аль-Ашмуни, К.М.; Сун-Иль Чанг; Юисик Юн, «4 Аналоговый интерфейсный модуль с умеренной инверсией и операцией выборки с масштабированием мощности для трехмерных нейронных микросистем», IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems , vol. |
Для масштабирования в сторону массивной параллельной нейронной записи в прототипе были исследованы некоторые критические проблемы с питанием, площадью, интерфейсом и модульностью. Мы достигли чрезвычайно низкого энергопотребления 4 мкВт/канал, оптимизировали энергоэффективность за счет умеренной инверсии в малошумящих усилителях (K 5,98 или NEF 2,9) и минимизировали асинхронный интерфейс (всего 2 на 16 каналов) для захвата команд и данных. Мы также внедрили адаптируемые операции, в том числе 9Усиление с программируемым усилением 0131, выборка с масштабированием мощности (до 50 квыб/с/канал), широкий диапазон конфигурации (9 разрядов) для программируемого усиления и полосы пропускания, а также возможность выбора 5-битного сайта (выбор 16 из 128 сайтов) . Внедренный интерфейсный модуль позволил добиться снижения произведения шума на площадь в 5–25 раз по сравнению с современными аналоговыми интерфейсными подходами, о которых сообщалось на сегодняшний день.
6, no.5, pp.403,413, October 2012]BioBolt: минимально инвазивный нейронный интерфейс для беспроводной записи эпидуральной анестезии посредством внутрикожной связи Недавний технологический прогресс в технологиях CMOS и MEMS расширил возможности мониторинга нейронной активности для диагностики нервных расстройств, интерфейса мозг-машина и протезирования . В последнее время эпидуральная запись привлекает внимание как оптимальное решение для сбалансированной точности и безопасности сигнала. В этой статье мы сообщаем о минимально инвазивном нейронном интерфейсе в форме болта, BioBolt, который имеет (1) маломощные аналоговые интерфейсы, (2) возможность эпидуральной записи, чтобы свести к минимуму любую инфекцию и тканевую реакцию, и (3) ) Связь внутри кожи для маломощной передачи данных. [Сун-Иль Чанг, Халед Аль-шмуни, Майк МакКормик, Ю-Чих Чен и Юисик Юн, «BioBolt: минимально инвазивный нейронный интерфейс для беспроводной эпидуральной записи с помощью внутрикожной связи», Симпозиум IEEE по схемам СБИС , стр. [Сун-Иль Чанг; Euisik Yoon, «АЦП SAR с низким энергопотреблением и эффективным энергопотреблением, использующий массивы двойных конденсаторов для нейронных микросистем», Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, 2009 (EMBC 2009) , pp.1647,1650 , 3-6 сентября 2009 г.] |
2. Мы уменьшили площадь и мощность в восемь раз по сравнению с обычными подходами. Если мы увеличим разрешение, коэффициент уменьшения площади и мощности в нашей архитектуре увеличится экспоненциально (например, в 16 раз для 10-битного разрешения). Измеренные значения SNDR, SFDR, THD и ENOB составляют 42,82 +/- 0,47 дБ, 57,90 +/- 2,82 дБ, -53,58 +/- 2,15 дБ и 6,65 +/- 0,07 бит соответственно.Маломощный малошумящий псевдоразомкнутый предусилитель Мы сообщаем об энергоэффективном псевдоразомкнутом усилителе с программируемым полосовым фильтром, разработанном для систем с нейронным интерфейсом. [Сун-Иль Чанг; Euisik Yoon, «Псевдоразомкнутый предусилитель мощностью 1 мкВт, 85 нВ/√Гц с программируемым полосовым фильтром для системы нейронного интерфейса», Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC 2009) , стр. |
Предлагаемый усилитель потребляет 400 нА при напряжении питания 2,5 В. Измеренный уровень теплового шума составляет 85 нВ/кв.кв.(Гц), а относительный входной шум составляет 1,69 мкВ (среднеквадратичное значение) в диапазоне от 0,3 Гц до 1 кГц. Усилитель имеет коэффициент шумовой эффективности 2,43, что является самым низким показателем среди дифференциальных топологий, о которых сообщалось на сегодняшний день, насколько нам известно. Программируя частоту переключаемого конденсатора и ток смещения, мы могли управлять полосой пропускания предусилителя от 138 мГц до 2,2 кГц для удовлетворения различных требований приложений. Весь предусилитель, включая полосовые фильтры, был реализован на небольшой площади 0,043 мм2 с использованием технологии CMOS 0,25 мкм.
1631, 1634, 3-6 сентября 2009 г.]IBCOM: внутримозговая связь для имплантируемых устройств Мы изучаем новый метод передачи сигнала для биоимплантируемых микросистем. Внутримозговая коммуникация или IBCOM — это метод беспроводной передачи сигналов, который использует сам мозг в качестве проводящей среды для передачи данных и команд между нейронными имплантатами и системами обработки данных за пределами мозга. Два миниатюрных КМОП-чипа IBCOM (?IBCOM) были разработаны и изготовлены для испытательного стенда in vivo для передачи двух предварительно записанных нейронных сигналов на разных несущих частотах двоичной частотной манипуляции (BFSK) для проверки возможности реализации концепции IBCOM. Чипы были упакованы для полной имплантации в мозг крысы, за исключением внешней подачи энергии. Исходные формы нейронных сигналов были успешно восстановлены после передачи между двумя платиновыми электродами, разделенными расстоянием 15 мм, с мощностью передачи менее 650 пДж/бит для реализации КМОП. [Аль-Ашмуни, К.М.; Болдт, К.; Фергюсон, Дж. Э.; Эрдман, А.Г.; Редиш, А.Д.; Юисик Юн, «Микросистема IBCOM (внутримозговая связь): беспроводная передача нейронных сигналов в мозге», Ежегодная международная конференция IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC 2009) , стр. 2054, 2057, 3- 6 сентября 2009 г.] |
Нейронные интерфейсы | Исследовательские группы
Группа исследования нейронных интерфейсов
Директор по исследованиям : Доктор Тимоти Констандиноу
Сейчас мы вступаем в чрезвычайно захватывающую фазу нашего исследования человеческого мозга. Благодаря крупномасштабным программам, таким как Президентская инициатива США BRAIN
и Проект человеческого мозга ЕС, в настоящее время существует огромный спрос на новые нейротехнологии и приложения. Мы уже были свидетелями воздействия таких устройств, как кохлеарные имплантаты и стимуляторы глубокого мозга, на сотни тысяч людей, которые каждый день получают пользу.
Вскоре подобные вспомогательные технологии появятся для слепых, страдающих эпилепсией и многих других.
При нынешних возможностях микротехнологий никогда раньше не было так много возможностей для разработки устройств, которые эффективно взаимодействуют с нервной системой. Такие устройства часто называют нейронными интерфейсами или интерфейсами мозг-машина, и они варьируются от носимых систем с поверхностными электродами до полностью имплантируемых устройств. Интерфейс обычно использует электрическое соединение (т. е. электроды) для достижения нейронной записи и/или стимуляции с использованием различных
методов, включая: электроэнцефалографию (ЭЭГ), электромиографию (ЭМГ), электрокортикографию (ЭКоГ) и прямое сопряжение с использованием электродов-манжет или массивов проникающих микроэлектродов (МЭА). Нервные протезы используют такие интерфейсы для обхода дисфункциональных путей в нервной системе, применяя электронику для замены утраченной функции. Наши исследования в Центре биотехнологий направлены, в конечном счете, на разработку таких устройств, обеспечивающих нейронную реабилитацию за счет использования возможностей интеграции и масштабируемости современных полупроводниковых технологий.
Текущие исследовательские проекты
AnaeWARE (Контроль сознания во время анестезии – мультимодальный подход). Проект будет включать сбор анонимных мультимодальных сигналов от пациентов, перенесших плановую операцию в больнице Хаммерсмит в Лондоне. Данные будут проанализированы, чтобы определить, как введение анестетика влияет на взаимосвязь между различными модальностями, и выяснить, обеспечивают ли такие изменения повышенную дискриминационную способность между бодрствованием и анестезией или даже предсказание бодрствования.
CANDO (управление аномальной сетевой динамикой с помощью оптогенетики). Многопрофильный междисциплинарный проект мирового уровня по разработке кортикального имплантата для оптогенетического нейронного контроля. В течение семи лет проект будет проходить в несколько этапов. На начальных этапах основное внимание уделяется проектированию и разработке технологий, за которыми следуют тщательные испытания производительности и безопасности.
Цель состоит в том, чтобы провести первое испытание на людях на седьмом году жизни у пациентов с фокальной эпилепсией.
ENGINI (расширение возможностей имплантируемых нейронных интерфейсов нового поколения) . В настоящее время считается, что если бы мы могли одновременно регистрировать электрическую активность от 1000 до 10 000 нейронов, это позволило бы осуществлять полезный контроль протеза (например, протеза руки). Однако вместо того, чтобы полагаться на один очень сложный имплантат и пытаться втиснуть все больше и больше каналов в эту (текущую парадигму), идея здесь состоит в том, чтобы разработать более простой, меньший, хорошо спроектированный примитив и развернуть несколько таких устройств. Важно, чтобы они были компактными, автономными, не требующими калибровки и полностью беспроводными.
I2MOVE (Интеллектуальный имплантируемый модулятор функции блуждающего нерва для лечения ожирения). Проект i2MOVE направлен на борьбу с ожирением.
В этом проекте мы разрабатываем биологический имплантат, который послужит новым методом лечения ожирения. Цель состоит в том, чтобы воздействовать на блуждающий нерв, который передает информацию между кишечником и мозгом. Стимулируя блуждающий нерв электрическими импульсами, имплантат будет имитировать естественные сигналы насыщения, производимые после еды, предоставляя пациенту средства контроля аппетита.
iPROBE (платформа in-vivo для наблюдения за внеклеточной активностью мозга в режиме реального времени). Мы разрабатываем методологию для одновременной записи тысяч нейронов, распределенных по нескольким структурам живого мозга, и представляем международному научному сообществу платформу нейронной записи следующего поколения. Эта платформа превзойдет текущий уровень техники более чем на порядок, обеспечивая совершенно беспрецедентное понимание того, как огромные сети отдельных нейронов взаимодействуют во времени и пространстве для поддержки функций мозга.
SenseBack (включение технологий сенсорной обратной связи в вспомогательных устройствах нового поколения).