Нейроинтерфейс это: Что такое нейроинтерфейс. Объясняем простыми словами

Содержание

Нейроинтерфейс — будущее, которое почти наступило / Хабр

Нейроинтерфейс — система для обмена информацией между мозгом человека и электронным устройством. Это технология, которая позволяет человеку взаимодействовать с внешним миром на основе регистрации электрической активности мозга — электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Желание человека совершить какое-то действие отображается в изменениях ЭЭГ, что, в свою очередь, расшифровывает компьютер.

Небольшая предыстория о развитии

Первым нейроинтерфейсом можно считать Stimoceiver — электродное устройство, которое может управляться по беспроводной сети с помощью FM-радио. В 1950-е годы Хосе Дельгадо, нейрохирург из Йельского университета, испытал его на мозге быка и впервые изменил направление движения животного с помощью НКИ(нейрокомпьютерного интерфейса).

В 1960-е годы нейрофизиолог Грей Уолтер, используя электроды на коже головы человека, зарегистрировал возбуждения от движения большого пальца человека. В 1972 году был создан кохлеарный имплант — первый нейропротез, ставший коммерчески успешным на рынке. Сегодня более 25 тысяч человек используют эти устройства, позволяющие глухим людям слышать.

В 1998 году Филипп Кеннеди внедрил первый нейроинтерфейс в обследуемого человека. Им был художник и музыкант Джонни Рей. Думая или представляя движения рук, Рей управлял курсором на экране компьютера. В 1999 году группа Яна Дэна из Университета Калифорнии расшифровала сигналы зрительной системы кошки и воспроизвела изображения, воспринимаемые её мозгом. К 2000 году группа Николелиса создала НКИ, воспроизводящий движения обезьяны во время манипуляций джойстиком. А в июне 2004 года первый «человек-киборг» Мэтью Нэйгл получил полнофункциональный нейроимплант с нейроинтерфейсом от Cyberkinetics Inc.

Нейроинтерфейс сегодня и в скором будущем

Над различными нейроинтерфейсам работает огромное количество различных компаний и стартапов. Французская компания NextMind выпустила первый коммерческий нейронный интерфейс Dev Kit. В отличие от нейроинтерфейсов, вроде Neuralink Илона Маска, система Dev Kit не инвазивна, то есть не имплантируется, а крепится к затылку с помощью обычной резинки.

Нейроинтерфейсы бывают однонаправленные и двунаправленные. Первые либо принимают сигналы от мозга, либо посылают их ему. Вторые могут посылать и принимать сигналы одновременно.

Существует несколько методов измерения сигналов мозга. Их разделяют на три типа:

Неинвазивные. Датчики помещаются на голову для измерения электрических потенциалов, создаваемых головным мозгом и магнитным полем.

Полуинвазивные. Электроды помещаются на открытую поверхность мозга.

Инвазивные. Микроэлектроды помещаются непосредственно в кору головного мозга, измеряя активность одного нейрона.

Калибровка по визуальному образу длится в течение 45 секунд в центре экрана появляется круг с моргающим рисунком рандомно расположенных «палочек». По центру круга будет «прицел» из трех зеленых линий — это индикатор концентрации. Как только вы сконцентрировались на круге, линии сводятся вместе, образуя треугольник. Если вы отвлеклись, то они вновь разойдутся. Чтобы корректно откалибровать гарнитуру, нужно сохранять концентрацию на протяжении всего времени калибровки. После калибровки можно спокойно работать.

Гаджет преобразует сигналы мозга в цифровые команды и позволяет управлять компьютерами и AR/VR-гарнитурами. Работает он следующим образом: после того, как его наденут на затылочную часть, устройство снимает электроэнцефалограмму зрительной коры, понимая, что именно видит пользователь и чувствуя, когда он фокусируется на определенном предмете. Затем эта информация превращается в цифровые предметы. Однако, пока гарнитура работает лишь при открытых глазах пользователя, позже технологию будут усовершенствовать. При помощи гарнитуры можно управлять телевизором или компьютерными играми. Чтобы активировать элемент управления, достаточно сфокусировать на нем внимание.

Ключевая особенность нейроинтерфейса состоит в том, что он позволяет подключиться к мозгу напрямую. Что это может дать на практике? Нейроинтерфейсы, например, способны облегчить или кардинально изменить жизнь парализованных людей. Кто-то не может, писать, двигаться или разговаривать. Но при этом мозг у них вполне рабочий. Нейроинтерфейс позволит совершать этим людям определенные действия, считывая намерения с помощью электродов, подключенных к мозгу.

Ещё один вариант использования нейроинтерфейса придумали американские учёные, разработавшие кибер-протез, способный улучшать человеческую память на 30%. Устройство формирует нервные импульсы, которые помогают пациенту формировать новые воспоминания, помнить лица родственников. Ожидается, что разработка поможет бороться со старческой деменцией, болезнью Альцгеймера и другими проблемами с памятью.

Помимо здоровья, нейроинтерфейсы можно использовать для личного развития человека и развлечений. Нейрогарнитуры также дают возможность и развлекаться. Но все игры и развлекательные приложения параллельно являются и инструментами саморазвития. Играя в игры через нейроинтерфейс, вы используете осознанные состояния своего сознания для управления персонажами. И тем самым учитесь их контролировать.

Список литературы:

vc.ru/future/18995-neurointerfaces

www.next-mind.com/technology

venturebeat.com/2020/12/07/nextmind-real-time-brain-computer-interface-dev-kit

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.

Нейронный интерфейс переводит мысли в тип

НОВОСТИ И МНЕНИЯ
12 мая 2021 г.

Разработан нейронный интерфейс, который позволяет людям с параличом печатать быстрее, чем при использовании других технологий, путем прямого преобразования попыток рукописного ввода в текст.

Павитра Раджесваран ⁰ и
Эми Л. Орсборн ¹

Павитра Раджесваран
1. Павитра Раджесваран работает на факультете биоинженерии Вашингтонского университета, Сиэтл, Вашингтон 98195, США.
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed
Google ученый
Эми Л. Орсборн
1. Эми Л. Орсборн работает на кафедре биоинженерии Вашингтонского университета, Сиэтл, Вашингтон 98195, США; и на факультете электротехники и вычислительной техники, а также в Вашингтонском национальном центре исследований приматов Вашингтонского университета.
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed
Google ученый

Мы можем думать гораздо быстрее, чем общаться — факт, который многие из нас осознают, когда борются с клавиатурой смартфона. Для людей с тяжелым параличом это информационное узкое место гораздо более серьезное. Уиллетт и др. ¹ в статье Nature сообщается о разработке интерфейса мозг-компьютер (BCI) для набора текста, который в конечном итоге позволит парализованным людям общаться со скоростью их мысли.

Варианты доступа

Подписаться на журнал

Получить полный доступ к журналу на 1 год

199,00 €

всего 3,90 € за выпуск

Расчет налогов будет завершен во время оформления заказа.

Купить статью

Получите ограниченный по времени или полный доступ к статье на ReadCube.

32,00 $

Купить

Все цены указаны без учета стоимости.

Природа 593 , 197-198 (2021)

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-021-00776-8

Ссылки

«>
Уиллетт Ф. Р., Авансино Д. Т., Хохберг Л. Р., Хендерсон Дж. М. и Шеной К. В. Nature 593 , 249–254 (2021).
Артикул
Google ученый
Mott, M.E., Williams, S., Wobbrock, J.O. & Morris, M.R. в Proc. Конф. ОМС 2017 г. Человеческий фактор в вычислительных системах 2558–2570 (АКМ, 2017).
Google ученый
Hochberg, L. R. et al. Природа 442 , 164–171 (2006).
Артикул
пабмед
Google ученый
Hochberg, L. R. et al. Природа 485 , 372–375 (2012).
Артикул
пабмед
Google ученый
Collinger, J. L. et al. Ланцет 381 , 557–564 (2013).
Артикул
пабмед
Google ученый
«>
Пандаринатх, К. и др. eLife 6 , e18554 (2017).
Артикул
пабмед
Google ученый
Аджибой, А. Б. и др. Ланцет 389 , 1821–1830 (2017).
Артикул
пабмед
Google ученый
Резейка А. и др. Науки о мозге. 8 , 57 (2018).
Артикул
Google ученый
Sussillo, D., Stavisky, S.D., Kao, J.C., Ryu, S.I. & Shenoy, K.V. Nature Commun. 7 , 13749 (2016).
Артикул
пабмед
Google ученый

Скачать ссылки

Прочтите статью: Высокоэффективная коммуникация между мозгом и текстом посредством рукописного ввода.
Нейропротез поддерживает артериальное давление после травмы спинного мозга
Мозговые имплантаты, которые позволяют вам высказывать свое мнение
Просмотреть все новости и просмотры

Субъекты

неврология
Мозг
Медицинские исследования

Последнее:

Работа

Позиции преподавателей в области глобальных исследований инфекционных заболеваний

Университет Кейс Вестерн Резерв (CWRU)
Кливленд, Огайо, США
Ассистент / ассоциированный / полный профессор уровня

Медицинская школа Массачусетского университета (UMass Medical School)
Вустер, США
Заместитель председателя по клиническому машинному обучению

Онкологический центр и научно-исследовательский институт Х. Ли Моффита
Тампа, Флорида, США
Постдокторская возможность

Международное агентство по изучению рака (IARC), ВОЗ
Лион, Франция

Нейронный интерфейс | Память Альфа

Множественные реальности
(охватывает информацию из нескольких альтернативных линий времени)

Капитан Рэнсом использует «синаптический стимулятор», разновидность нейронного интерфейса

Нейронный интерфейс представлял собой технологию, которая позволяла устанавливать прямую связь между компьютерной системой и мозгом человека. Технологии, в которых использовались нейронные интерфейсы, включали устройства телеприсутствия, систему приостановленной анимации видов Виорсы и интерпретаторы мультитронных энграмм. (ЛОР: «Энар»; ВОЙ: «Оттепель»; ДС9: «Крайние меры»)

В 2367 году лейтенант Реджинальд Барклай создал интерфейс нейронного сканирования на USS Enterprise, пытаясь предотвратить перегрузку телескопа Аргус. Используя этот интерфейс нейронного сканирования, Барклай позже доставил «Энтерпрайз» в центр галактики, к цитерианам. (ТНГ: «N-я степень»).

В 2374 году группа хиродженов во главе с Карром захватила USS Voyager и использовала нейронные интерфейсы, чтобы связать неокортексы экипажа Voyager с голопалубой, по сути заставив их поверить, что они были персонажами в серии голопрограмм, которые Хирогены использовались как охотничьи угодья. Интерфейсы обходили центры памяти экипажа, поэтому впоследствии у них не было воспоминаний. Доктор смог разработать план, согласно которому он ремодулировал один из имплантатов Борга Семи из Девяти, чтобы он издавал сигнал помехи для отключения интерфейса. План сработал, и Седьмая впоследствии задействовала реле доступа на мостике, позволив Доктору получить доступ к элементам управления интерфейсом и отключить интерфейс капитана Кэтрин Джейнвей. Впоследствии Джейнвей смогла уничтожить элементы управления интерфейсом в Лазарет «Вояджера «, деактивация оставшихся интерфейсов. (ВОЙ: «Убийственная игра», «Убийственная игра, часть 2»)

Все дроны Борга были оснащены нейроинтерфейсами для связи с остальной частью Коллектива. В 2375 году Седьмая из Девяти инициировала прямой нейронный интерфейс с Первым, дроном, усовершенствованным с помощью технологий 29-го века, чтобы загрузить ему инструкции. Впоследствии один начал исследовать нервные пути Седьмой, пытаясь усвоить все ее знания. Это представляло угрозу для Седьмой, которая попросила Одного остановиться, прежде чем он причинит ей вред, просьба, которую Один удовлетворил. (ВОЙ: «Дрон»)

В следующем году Седьмая связала свой нейроинтерфейс с группой из трех бывших дронов, пытаясь восстановить их воспоминания о событиях, которые связали их вместе в коллективную триаду. В том же году Мезоти, молодая девушка, которую экипаж «Вояджера » освободил от Коллектива, рассказал Седьмой, что Азан, еще один бывший дрон, использовал свой нейроинтерфейс, чтобы обманывать кадис-кот, передавая информацию своему брату-близнецу. , Реби. В ответ Седьмая приказала им применить Протокол наказания 9.-Альфа. (ВОЙ: «Инстинкт выживания», «Прах к праху»)

Также в 2376 году экипаж USS Equinox приобрел «синаптический стимулятор», нейронный интерфейс, который работал, подключаясь к зрительной коре головного мозга и генерируя изображения различных инопланетных ландшафтов в сознании пользователя. Капитан Рудольф Рэнсом часто использовал это устройство, чтобы познакомиться с побережьем Тенкарана, с мирным видом на пляж. (ВОЙ: «Равноденствие», «Равноденствие, часть II»)

Адмирал Джейнвей использует нейроинтерфейс

В альтернативном 2392 Доктор изобрел синаптический трансивер, небольшой имплантат, который позволял пользователю управлять судном, оснащенным нейроинтерфейсом, используя только свой разум. В 2404 году этой временной шкалы Джейнвей, к тому моменту ставшая адмиралом, использовала эту технологию с большим успехом в своей миссии по путешествию во времени в 2378 год в попытке изменить историю.