Компьютерный мозг – Нейрокомпьютерный интерфейс — Википедия

Содержание

Интерфейс мозг-компьютер: управление гаджетами без рук и голоса

Ученые давно пытались проникнуть в тайны мозга. Прорыв наметился 15-20 лет назад, когда появился интерфейс мозг-компьютер. Устройство дало надежду на общение обездвиженным людям. С его помощью управлять компьютером и подключенными гаджетами можно силой мысли.

Рынок нейроинтерфейсов исчисляется сотнями миллионов долларов. Их продажи растут месяц за месяцем. Инвесторы поддерживают разработку новых устройств. Стартапы выводят на рынок свои изобретения.

Попробуем вникнуть в тренд, понять, как “ловят” мозговые волны, кто развивает нейротехнологии и как в них инвестировать.

Мозговые волны

Мозговые волны: «поймать» легче, чем расшифровать

Электрическую активность мозга представляют его волны. Они возникают при электрохимических реакциях (передаче информации) между нейронами. Как оказалось, “уловить” мозговые волны — полдела, нужно их еще расшифровать.

Из общего спектра ученые-нейробиологи выделяют 5 диапазонов.

  • Дельта-волны (0-4 Гц). Характеризуют глубокий сон без сновидений, сферу подсознания.
  • Тета-волны (4-8 Гц). Сопровождают дремоту, глубокий релакс, озарение, креатив, медитацию, автоматизм движений.
  • Альфа-волны (8-12 Гц). Выявляют легкое расслабление, комфорт, хорошее настроение, позитивное восприятие, аутотренинг.
  • Бета-волны (12-30 Гц). Показывают бодрствование, внимание, усвоение информации,  сосредоточенность, возбуждение, тревогу, испуг.
  • Гамма-волны (30-70 Гц). Отражают инсайт, сострадание, самоконтроль, запоминание, обобщение, чтение, разговор.

Голова — уже предмет “светлый”

Интерфейс мозг-компьютер (другие названия — нейроинтерфейс, прямой нейронный интерфейс, мозговой интерфейс) создали, чтобы мозг мог обмениваться информацией с гаджетами. Последние могут отправлять ему или получать данные. Основная проблема — расшифровать сигналы мозга, чтобы преобразовать в цифровые команды для устройств.

Как правило, в интерфейс мозг-компьютер входят датчики, которые фиксируют мозговые волны, провода для передачи данных или модуль Bluetooth, декодер (прибор или алгоритм для расшифровки) и компьютер (планшет) для управления системой. Устройства различают по способу установки сенсоров (под череп, на кожу головы или тела).

Исследования нейроинтерфейса стартовали в 1970-х годах в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA). Сначала это были эксперименты на животных. В середине 1990-х в организм человека имплантировали первые устройства, которые передавали данные от тела к компьютеру.

Инвазивный интерфейс мозг-компьютер

Инвазивный интерфейс мозг-компьютер сразу после установки

Датчики устанавливают под череп (иногда — на), а провода — в те области мозга, которые поражены болезнью или функционируют частично. Без  хирургического вмешательства не обойтись. Поэтому нейроинтерфейс назвали инвазивным (в переводе — вторжение, внедрение).

#1 Neural Signals Inc.

Первый в истории интерфейс мозг-компьютер создал американский невролог Филиппом Кеннеди и его коллеги по компании Neural Signals Inc. из Атланты (1987). Для этого они использовали электроды, которые имплантировали обезьянам. В 1998-ом команда Кеннеди установила устройство первому парализованному пациенту.

Нейроинтерфейс, запатентованный Кеннеди, состоит из стеклянных колбочек с микроэлектродами, которые покрыты нейротрофическими белками. Поэтому организм не отторгает их. Наконечник имплантируют на 2 мм под поверхность коры мозга, а внешний конец прикрепляют к усилителю и радиопередатчику на черепе под кожей головы.

Линейку коммуникаторов, разработанную Neural Signals, продает ее дочерняя компания Emerge Medical LLC из Денвера. Последнюю основали Кеннеди и чиновник Пол Фрит.

#2 BrainGate

Неврологи из американского университета Брауна вместе с инженерами компании Cyberkinetics в начале 2000-х спроектировали инвазивный нейроинтерфейс BrainGate. Он состоит из сотни датчиков, которые имплантируют в мозг и декодера. Устройство творит чудеса: люди с параличем рук и ног силой мысли двигают курсор мыши, инвалидную коляску, управляют протезом.

Проект BrainGate до сих пор остается самым масштабным в отрасли. В 2018-ом команда Карлоса Варгаса-Ирвина получила 1,5 млн, чтобы по сути сделать обездвиженных людей киборгами.

Узнать подробнее

#3 Группа Шуммера (США)

В 2018-ом американские ученые во главе с Майклом Шуммером создали нейросеть-декодер для интерфейса мозг-компьютер. Нейрофизиологи, психологи и реабилитологи из Мемориального института Баттеля, университетов Огайо и Вирджинии обучили искусственный интеллект расшифровывать мозговые команды для роботизированной руки. Последнюю подключили к головному мозгу через матрицу микроэлектродов-имплантов.

Узнать подробнее

#4 NeuroPace

Нейростимулятор NeuroPace

В 2018-ом американская компания NeuroPace из Маунтин-Вью создала инвазивный нейростимулятор для лечения эпилепсии. В основе системы RNS — устройство с датчиками, которое контролирует состояние больного и воздействует на очаг недуга. Небольшой девайс имплантируют под череп, а специальные электроды – в пораженную область мозга.

Узнать подробнее

#5 Команда Месгарани (США)

Американские ученые из Колумбийского университета во главе с Нимой Месгарани научили нейросеть превращать сигналы мозга в слова и предложения. Они использовали инвазивный интерфейс мозг-компьютер и синтезатор речи, который “озвучивает” роботов и голосовых помощников.

Алгоритм расшифровывает мозговые волны из слуховой коры (где имплантированы электроды) и генерирует фразы, понятные для любого. Технология поможет “вернуть дар речи” людям, онемевшим  после инсульта и нейротравм.

Узнать подробнее

Неинвазивный интерфейс мозг-компьютер

Неинвазивный интерфейс мозг-компьютер: операция не нужна

Установка неинвазивных устройств не требует хирургического вмешательства и имплантации электродов. Все датчики размещают на коже. Это расширяет сферу применения нейроинтерфейса.

#1 Guger Technologies

Intendix — первый коммерческий нейроинтерфейс

В 2009 году австрийская компания Guger Technologies разработала первый коммерческий неинвазивный интерфейс мозг-компьютер Intendix. Цена была заоблачной — 12,25 тысячи долларов. Устройство содержало датчики электроэнцефаллограммы (ЭЭГ), которые фиксировали мозговые волны. Расшифровка сигналов позволяла вводить текст силой мысли, работать в Интернете, пользоваться бытовой техникой.

#2 Project Pontis (Samsung и EPFL)

В 2018-ом южнокорейский tech-гигант Samsung вместе с Центром нейропротезирования Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) из Швейцарии разработал софт Project Pontis для “умных” телевизоров. Им можно управлять силой мысли с помощью ЭЭГ-гарнитуры и глазного трекера. Разработка поможет «пользователям с ограниченными физическими возможностями переключать каналы и регулировать громкость с помощью своего мозга».

Узнать подробнее

#3 SPARK Neuro

В 2018-ом американский стартап SPARK Neuro из Нью-Йорка представил софт, который оценивает реакцию людей на рекламу, фильмы и видеоклипы. Алгоритм анализирует сигналы мозга, которые фиксирует интерфейс мозг-компьютер.

Разработчики используют ЭЭГ-нейрогарнитуру, глазной трекер и кожные датчики. Приборы отслеживают мозговые волны, движения глаз, мимику и другие реакции зрителей, когда они смотрят рекламу или фильмы. Клиентами стартапа стали такие рекламодатели, как Anheuser-Busch, General Motors, Hulu, JetBlue, Paramount и Walmart.

Узнать подробнее

#4 “Нейроботикс”

Компания из Зеленограда “Нейроботикс” первой вышла на российский рынок с интерфейсом “мозг-компьютер”. Запуск в серию и старт продаж ЭЭГ-нейрогарнитуры “Нейроплей-8С” анонсировали в июне 2018-го. По мнению создателей, она станет незаменимой для школьников, нейрохакеров, геймеров, ученых, врачей и инвалидов. Цена “Нейроплей-8С” – свыше 1200 долларов.

Узнать подробнее

 

#5 “Викиум”

Стартап “Викиум” из Москвы изобрел нейротренажер на основе интерфейса мозг-компьютер. В октябре 2018-го его онлайн-сервис развития памяти, внимания и мышления первым на российском рынке использовал устройство для тренировки мозга. ЭЭГ-нейрогарнитура имеет  датчики, которые улавливают мозговые α-, β- и γ-ритмы. Специальный софт помогает “ментальным спортсменам” фиксировать продуктивные состояния, улучшать память и концентрацию.

Узнать подробнее

#6 “Ростех”

Российская государственная корпорация “Ростех” соорудила ЭЭГ-шлем, который подключает к мозгу любую электронную технику (компьютер, инвалидную коляску, бытовые приборы и экзоскелет). Интерфейс мозг-компьютер запустят в производство в 2019 году. Разработчики гарантируют невероятную точность.

Узнать подробнее

#7 InteraXon

К концу 2019-го канадская компания InteraXon из Торонто выведет на рынок первую мягкую нейрогарнитуру для медитаторов (цена — 249 долларов). В повязку наподобие банданы встроили ЭЭГ-датчики. Посетители престижной выставки CES 2019 в американском Лас-Вегасе убедились: с Softband Muse медитация перед сном будет приятной и легкой.

Узнать подробнее

#8 “НейроЧат”

Российская компания “НейроЧат” разработала интерфейс мозг-компьютер, который поможет людям с нарушениями речи и движений общаться в соцсетях. В комплект входят нейрогарнитура “ГарАнт-ЭЭГ” и софт “ЭргоСтим”.

Узнать подробнее

#9 MyBrain Technologies

В октябре 2018-го стартап MyBrain Technologies из Парижа совместно с французским Институтом головного и спинного мозга создал интерфейс мозг-компьютер MeloMind для борьбы со стрессом на работе. Устройство интегрировали в аудиогарнитуру. MeloMind воспроизводит расслабляющие звуки и в то же время измеряет электрическую активность мозга (контролирует настроение).

Узнать подробнее

#10 Neurable

В 2015-ом американский стартап Neurable из Бостона встроила в гарнитуру виртуальной реальности HTC Vive электроды ЭЭГ. Позже команда разработала софт, который превращает сигналы мозга в команды для AR и VR-устройств. В 2017-ом стартаперы представили первую в мире виртуальную игру “Пробуждение” на основе нейроинтерфейса. Neurable сотрудничает с компанией Trimble из Саннивейла, чтобы  внедрить нейротехнологии в инновационные решения в транспортной, инженерной, архитектурной и строительной отраслях.

Узнать подробнее

#11 BrainNet

Участники проекта  BrainNet из Университета Вашингтона и Университета Карнеги-Меллона давно пытаются создать человеческий аналог локальной компьютерной сети. Ранее им удалось через интерфейс мозг-компьютер подключить 2 мозга. Добровольцы смогли силой мысли двигать объекты в видеоигре. В 2018-ом ученые распространили идею на третьего.

Узнать подробнее

#12 Humm

В ноябре 2018-го калифорнийский стартап Humm (США) открыл подписку на нейрогарнитуру Edge для электростимуляции мозга. Его ободок улучшает умственные способности, расширяет память и сознание. Edge смогут использовать все, кто нуждается в “подзарядке” ума – бизнесмены, писатели, ученые, художники, дизайнеры, мастера креатива, ментальные спортсмены и даже геймеры.

Узнать подробнее

#13 NextMind

В 2019-ом французский стартап NextMind из Парижа планирует вывести на массовый рынок неинвазивный ЭЭГ-интерфейс мозг-компьютер для геймеров и виртуальщиков. Нейрогаджет  поможет пользователям силой мысли играть в видеоигры и управлять мобильными устройствами, включая гарнитуры виртуальной и дополненной реальности.

Узнать подробнее

#14 Группа Тычкова

Ученые из Пензенского государственного университета (Россия) во главе с Александром Тычковым  спроектировали диагностическую систему на основе нейроинтерфейса. В нее включили ЭЭГ-гарнитуру с 5 электродами (на лбу), датчики электрокардиограммы (на запястьях) и 2 микрофона. Система  выявляет неврозы и другие расстройства психики.

Узнать подробнее

#15 CTRL-labs

В 2017-2018-ом американский стартап CTRL-labs из Нью-Йорка представил неинвазивный нейроинтерфейс, который позволит программистам взаимодействовать с компьютером без клавиатуры, “мыши” и джойстика. Необычный браслет трансформирует мышечные сигналы в цифровые. “Чудо техники” использует метод электромиографии (ЭМГ), то есть считывает с кожи импульсы, которые идут от мозга через двигательные нейроны к мышцам рук.

Узнать подробнее

#16 “Телебиомет”

В октябре 2018-го российская компания “Телебиомет” представила оптический интерфейс мозг-компьютер. “Опторитмограф” использует технологию ближней инфракрасной спектроскопии (БИКС). Он регистрирует изменения тонуса мозговых сосудов. “Опторитмограф” имеет оптические сенсоры, каждый из которых состоит из инфракрасного светодиода и фотодиода. Первый излучает свет в ИК-спектре, второй – улавливает его отражение. Вместо ЭЭГ программа составляет опторитмограмму.

Узнать подробнее

«Нейроинвестирование»

Рынок нейроинтерфейсов дает инвесторам возможность заработать.

#1 Стартапы-разработчики

Их становится все больше. Большинство компаний коммерциализировала свои продукты.

#2 Нейрогаджеты

Инвестиции в производство могут дать доход в перспективе. Тем более, что стартаперы ищут выход на рынки Европы и Азии.

Nissan испытывает авто на управлении мозгом

#3 Софт

Спрос на ПО в сфере нейротехнологий огромный. К примеру, индийские ученые из Бангалора подчинили себе дронов с помощью нейроинтерфейса. Команда Суббарама Омкара создала программу, которая переводит “язык мозга” в команды для  беспилотников.

Узнать подробнее

Резюме. Интерфейс мозг-компьютер получил широкое распространение. Нейрогаджеты можно купить и использовать во многих сферах. 

  • медицина. Лечение неврологических недугов.
  • игры. Перемещение персонажей в игровой реальности.
  • музыка. Сочинение необычных мелодий.
  • литература. Поиск новых тем в подсознании.
  • ментальный спорт. Развитие памяти и интуиции.
  • релакс. Борьба со стрессом на работе и дома.
  • реклама. Оценка влияния на людей.
  • промышленность. Удаленное руководство механизмами.
  • управление автомобилями, роботами и дронами. Альтернатива пультам и контроллерам.
  • быт. Интеграция в систему «умный» дом.

По прогнозам аналитической фирмы Allied Market Research (США), рынок нейроинтерфейсов будет расти ежегодно на 17% и в 2023-ом достигнет 1,84 млрд долларов. Среди стимулов — расширение государственных программ поддержки медицины, рост числа обездвиженных людей, спрос на нейрогаджеты среди геймеров.

Динамичное развитие нейротехнологий неизбежно вызовет бум инвестиций. Пока очень многие выжидают: нынешние устройства еще несовершенны и допускают много ошибок. Значит, у инвесторов еще есть время все взвесить и найти свою точку “входа”.

Подготовил Станислав Клопот

Пассивный доход с инвестиций в облигации

Облигации — самый быстрый и безопасный путь к доходным инвестициям!

УЗНАТЬ ПОДРОБНЕЕ

365-invest.com

tema:mozg_cheloveka_kak_kompjuternaja_sistema [ЛИКТ 590]

Архипова Ирина 11а

Логотип

Дерево целей

Основные понятия

Головной мозг человека - орган, координирующий и регулирующий все жизненные функции организма и контролирующий поведение. Все наши мысли, чувства, ощущения, желания и движения связаны с работой мозга, и если он не функционирует, человек переходит в вегетативное состояние: утрачивается способность к каким-либо действиям, ощущениям или реакциям на внешние воздействия.

Мозг человека

Компьютер (англ. computer — «вычислитель») — машина для проведения вычислений. При помощи вычислений компьютер способен обрабатывать информацию по заранее определённому алгоритму. Кроме того, большинство компьютеров способны сохранять информацию и осуществлять поиск информации, выводить информацию на различные виды устройств вывода информации. Своё название компьютеры получили по своей основной функции — проведению вычислений. Однако в настоящее время полагают, что основные функции компьютеров — обработка информации и управление.

Систе́ма (от греч. σύστημα, «составленный») — множество взаимосвязанных объектов и ресурсов, организованных процессом системогенеза в единое целое и противопоставляемое среде. Система в системном анализе — совокупность сущностей (объектов) и связей между ними, выделенных из среды на определённое время и с определённой целью.

Модель мозга — любая теоретическая система, которая стремиться объяснить физиологические функции мозга с помощью известных законов физики и математики, а также известных фактов нейроанатомии и нейрофизиологии.

Интерфейс — совокупность средств и методов взаимодействия между элементами системы.

Мозговой интерфейс — физический интерфейс приёма или передачи сигналов между живыми нейронами биологического организма (например, мозгом животного) с одной стороны, и электронным устройством (например, компьютером) с другой стороны.

Человеческий мозг функционирует как компьютер

Область коры головного мозга человека, которая, как полагают ученые, отвечает за интеллектуальные способности индивидуума, функционирует подобно компьютеру, считает профессор психологии Университета Колорадо в Валуне Рэндалл О'Рейли (Randall O'Reilly). В обзоре биологических компьютерных моделей мозга, в вышедшем 6 октября номере журнала Science, О'Рейли утверждает, что префронтальная область коры головного мозга и базальные ганглии работают как цифровая компьютерная система.

«Многие исследователи, работающие над моделями интеллекта, избегают компьютерной метафоры», - утверждает О'Рейли. «Моя работа выходит за рамки традиции, которая говорит, что умственные способности людей не имеют ни чего общего с вычислительной техникой, и теперь нам стоит пересмотреть отдельные положения существующих теорий”. Компьютеры работают, превращая электрические сигналы в набор из двух состояний: «включено” и “выключено”, гибко управляя этими состояниями с помощью переключателей. В свое статье Рэндалл О'Рейли утверждает, что нашел те же самые операционные принципы и в работе головного мозга человека.

«Нейроны коры головного мозга являются двойственными. Они имеют два состояния – они могут быть или активными или неактивными. Базальные ганглии - по существу большой выключатель, который позволяет вам динамически включать и отключать различные части коры префронтальной области головного мозга», - заявляет О'Рейли. Префронтальная область коры головного мозга является исполнительным центром мозга и поддерживает «высокоуровневое» познание, включая принятие решения и решение задач. Исследователи полагают, что префронтальная кора является критической областью отвечающей за интеллектуальные способности человека, и понимание этого является важнейшим фактором на пути исследования человеческого интеллекта.

Лучшим способом сделать это, утверждает О'Рейли, является разработка биологически обоснованных компьютерных моделей мозга, чтобы помочь исследователям изучать физиологические процессы коры головного мозга, и в конечном счете привести нас к пониманию того, что выделяет человека из животного мира, делая его мыслящим субъектом.

Нервные сети

Разум мозга — компьютерная программа?

Человеческий мозг работает как поисковая система

По утрам человеческий мозг "загружается" как компьютер

Компьютерная модель мозга

В Университете Манчестера приступили к постройке первого компьютера нового типа, конструкция которого имитирует устройство человеческого мозга, передает BBC. Стоимость модели составит 1 миллион фунтов.

Компьютер, построенный по биологическим принципам, считает профессор Стив Фёрбер (Steve Furber), должен демонстрировать значительную устойчивость в работе. «Наш мозг продолжает функционировать, несмотря на постоянные отказы нейронов, из которых состоит нервная ткань, говорит Фёрбер. – Это свойство представляет громадный интерес для конструкторов, которые заинтересованы в том, чтобы сделать компьютеры более надежными».

Группы нейронов в мозге возбуждаются синхронно, так что в определенных участках нервной ткани возникают вспышки активности. Для имитации этого механизма будет использовано большое количество процессоров.

Сегодня уже достигнут некоторый прогресс в разработке так называемых «нейронных сетей», - систем вычислительных элементов, каждый из которых обменивается сигналами со множеством других. Учёные из Манчестера подходят к имитации работы мозга с новой стороны, задействуя вместо единичного чипа целый кластер выполняющих одну и ту же задачу устройств. Помогая разработать более отказоустойчивые компьютеры, одновременно исследования группы Фёрбера должны продемонстрировать, насколько близки к истине наши представления о реальных механизмах работы мозга.

Биологический нанокомпьютер

Виртуальный мозг реально заработал

Artificial Development создаёт искусственный мозг человека

Высокие технологии. IBM разработает компьютер с функциями мозга

Суперкомпьютер Blue Gene: от синтеза белков к моделированию человеского мозга

Мозговые интерфейсы

Для того, чтобы при помощи одной только ментальной энергии поднять стакан на несколько футов, волшебникам приходилось тренироваться по несколько часов в день.
Иначе принцип рычага легко мог выдавить мозг через уши.

Терри Пратчетт, «Цвет Волшебства»



Очевидно, венцом человеко-машинного интерфейса должна стать возможность управления машиной одним только усилием мысли. А получение данных прямо в мозг - это уже вершина того, чего может достичь виртуальная реальность. Идея эта не нова и уже много лет фигурирует в самой разнообразной фантастической литературе. Тут и практически все киберпанки с прямым подключением к кибердекам и биософтами. И управление любой техникой посредством стандартного мозгового разъема (например, у Сэмюэля Дэлани в романе «Нова»), и масса всяких других интересных вещей. Но фантастика - это хорошо, а что делается в реальном мире?

Оказывается, разработка мозговых интерфейсов (BCI или BMI - brain-computer interface и brain-machine interface) идет полным ходом, хотя об этом мало кто знает. Конечно, успехи весьма далеки от того, про что пишут в фантастических романах, но, тем не менее, они вполне заметны. Сейчас работы над мозговыми и нервными интерфейсами, в основном, ведутся в рамках создания различных протезов и устройств для облегчения жизни частично или полностью парализованным людям. Все проекты можно условно поделить на интерфейсы для ввода (восстановление или замена поврежденных органов чувств) и вывода (управление протезами и другими устройствами).

Во всех случаях прямого ввода данных необходимо производить операцию по вживлению в мозг или нервы электродов. В случае вывода можно обойтись внешними датчиками для съема электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Впрочем, ЭЭГ - инструмент достаточно ненадежный, поскольку череп сильно ослабляет мозговые токи и получить можно только очень сильно обобщенную информацию. В случае вживления электродов можно снимать данные непосредственно с нужных мозговых центров (например, двигательных). Но такая операция - дело нешуточное, так что пока эксперименты ведутся только на животных.

Мозговые интерфейсы

Мозго-компьютерный телекинез

Мозговые волны управляют видеоигрой

Билл Гейтс будет вживлять компьютеры в мозг человека

Первый коммерческий мозговой интерфейс подготовлен к выходу на рынок

Это интересно

Человеческий мозг и Интернет: кто сильнее

Сможет ли Интернет, вобравший в себя вычислительный потенциал компьютеров миллионов пользователей по всему миру сравниться в эффективности с человеческим мозгом? К сожалению, нет, считает британская газета Guardian. Даже если сумеем относительно точно вычислить производительность такого «единого» компьютера, попытка сравнить ее с производительностью мозгу заведомо обречена на провал, поскольку мозг выполняет одновременно превеликое множество действий.

На самом деле, человечество уже давно обладает таким «единым» компьютером. По мнению одного из основателей журнала Wired Кевина Келли, миллионы подключенных к Интернету ПК, мобильные телефоны, КПК и другие цифровые устройства,можно рассматривать, как компоненты Единого компьютера. Ее центральный процессор - это все процессоры всех подключенных устройств, ее жесткий диск - жесткие диски и флэш-накопители всего мира, а оперативная память - суммарная память всех компьютеров. Ежесекундно этот компьютер обрабатывает объем данных, равный всей информации, содержащейся в библиотеке Конгресса, а ее операционной системой является Всемирная паутина.

Вместо синапсов нервных клеток она использует функционально похожие гиперссылки. И те и другие отвечают за создание ассоциаций между узловыми точками. Каждая единица измерения мыслительного процесса, например идея, растет по мере того, как возникают все новые и новые связи с другими мыслями. Также и в сети: большее количество ссылок на определенный ресурс (узловую точку) означают большую значимость ее для Компьютера в целом. Более того, количество гиперссылок во Всемирной сети вплотную приближается к количеству синапсов в человеческом мозге. По оценкам Келли, к 2040 году общепланетарный компьютер будет располагать вычислительной мощностью, соизмеримой с коллективной мощностью мозгов всех 7 млрд. человек, которые к тому моменту будут населять Землю.

А что же, собственно человеческий мозг? Давно устаревший биологический механизм. Наше серое вещество работает со скоростью самого первого процессора Pentium, образца 1993 года. Иными словами, наш мозг работает на частоте 70 мГц. Кроме того, наши мозги действуют по аналоговому принципу, так что о сравнении с цифровым методом обработки данных и речи быть не может. Вот в этом и заключается основное отличие синапсов от гиперссылок: синапсы, реагируя на окружающую их среду и поступающую информацию, искусно изменяют организм, который никогда не имеет двух одинаковых состояний. Гиперссылка, же, напротив, всегда одинакова, в противном случае начинаются проблемы.

Тем не менее, нельзя не признавать, что наш мозг значительно превосходить по эффективности любую искусственную систему, созданную людьми. Совершенно таинственным образом все гигантские вычислительные способности мозга помещаются в нашей черепной коробке, весит чуть больше килограмма и при этом для его функционирования необходимо всего 20 Вт энергии. Сравните эти показатели с теми 377 млрд. Вт, которые сейчас, по примерным вычислениям, потребляет Единый Компьютер. Это, между прочим, целых 5% общемирового производства электроэнергии.

Один лишь факт такого чудовищного энергопотребления, никогда не позволит Единому компьютеру даже близко сравниться с человеческим мозгом по эффективности. Даже в 2040 году, когда вычислительные мощности компьютеров станут заоблачными, их энергопотребление будет неизменно возрастать.

Источник: http://smoking-room.ru/blog/archives/1801-Chelovecheskij_mozg_i_Internet_kto_silnee.html

wiki.likt590.ru

Как соединить человеческий мозг и компьютер | Futurist

Автор: Анастасия Львова |  30 августа 2016, 14:55

Представьте себе экспериментальный нанонаркотик, который способен связывать сознания разных людей. Представьте, как группа предприимчивых нейробиологов и инженеров открывает новый способ использования этого наркотика – запустить операционную систему прямо внутри мозга. Тогда люди смогут телепатически общаться между собой, используя мысленный чат, и даже манипулировать телами других людей, подчиняя себе действия их мозга. И несмотря на то, что это сюжет научно-фантастической книги Рамеза Наама «Нексус», описанное им будущее технологий уже не кажется таким далеким.

Как подсоединить мозг к планшету и помочь парализованным больным общаться

Для пациента T6 2014 стал самым счастливым годом жизни. Это был год, когда она смогла управлять планшетным компьютером Nexus с помощью электромагнитного излучения своего мозга и буквально перенестись из эры 1980-х с их диско-ориентированными системами (Disk Operating System, DOS) в новых век андроидной ОС.

T6 – женщина 50 лет, страдающая боковым амиотрофическим склерозом, известным также как болезнь Лу Герига, которая вызывает прогрессирующее повреждение двигательных нейронов и паралич всех органов тела. T6 парализована почти полностью от шеи и вниз. До 2014 года она абсолютно не могла взаимодействовать с внешним миром.

Паралич может наступить и от повреждений костного мозга, инсульта или нейродегенеративных заболеваний, которые блокируют способность говорить, писать и вообще как-либо общаться с окружающими.

Эра интерфейсов, связывающих мозг и машину, расцвела два десятилетия назад, в процессе создания ассистивных устройств, которые бы помогли таким пациентам. Результат был фантастическим: слежение за взглядом (eye-tracking) и слежение за положением головы пользователя системы (head-tracking) позволили отслеживать движения глаз и использовать их как выходные данные для управления курсором мыши на экране компьютера. Иногда пользователь мог даже кликать по ссылке, фиксируя свой взгляд на одной точке экрана. Это называется »время задержки».

Тем не менее, системы eye-tracking были тяжелы для глаз пользователя и слишком дороги. Тогда появилась технология нейронного протезирования, когда устраняется посредник в виде сенсорного органа и мозг связывается с компьютером напрямую. В мозг пациента вживляется микрочип, и нейросигналы, связанные с желанием или намерением, могут быть расшифрованы с помощью сложных алгоритмов в режиме реального времени и использованы для контроля курсора на интерфейсе компьютера.

Два года назад, пациентке T6 имплантировали в левую сторону мозга, отвечающую за движение, 100-канальную электродную установку. Параллельно Стэнфордская лаборатория работала над созданием прототипа протеза, позволяющего парализованным печатать слова на специально разработанной клавиатуре, просто думая об этих словах. Устройство работало следующим образом: встроенные в мозг электроды записывали мозговую активность пациентки в момент, когда она смотрела на нужную букву на экране, передавали эту информацию на нейропротез, интерпретирующий затем сигналы и превращающий их в непрерывное управление курсором и щелчками на экране.

Однако этот процесс был чрезвычайно медленным. Стало понятно, что на выходе получится устройство, работающее без непосредственного физического соединения с компьютером через электроды. Сам интерфейс тоже должен был выглядеть интереснее, чем в 80-х. Команда клинического института BrainGate, занимающаяся этими исследованиями, поняла, что их система «указания и щелчка» была похожа на нажатие пальцем на сенсорный экран. И поскольку сенсорными планшетами большинство из нас пользуется каждый день, то рынок их огромен. Достаточно просто выбрать и купить любой из них.

Парализованная пациентка T6 смогла «нажимать» на экран планшета Nexus 9. Нейропротез связывался с планшетом через протокол Bluetooth, то есть как беспроводная мышь.

Сейчас команда работает над продлением работоспособности имплантата на срок всей жизни, а также разрабатывает системы других двигательных маневров, таких как «выделить и перетащить» и мультисенсорные движения. Кроме того, BrainGate планируют расширить свою программу на другие операционные системы.

Компьютерный чип из живых клеток мозга

Несколько лет назад исследователи из Германии и Японии смогли симулировать 1 процент активности человеческого мозга за одну секунду. Это стало возможным только благодаря вычислительной мощности одного из самых сильных в мире суперкомпьютеров.

Но человеческий мозг до сих пор остается самым мощным, низко энергозатратным и эффективным компьютером. Что если бы можно было использовать силу этого компьютера для питания машин будущих поколений?

Как бы дико это не звучало, нейробиолог Ош Агаби запустил проект «Конику» (Koniku) как раз для реализации этой цели. Он создал прототип 64-нейронной кремниевой микросхемы. Первым приложением этой разработки стал дрон, который может «чуять» запах взрывчатых веществ.

Одой из самых чутких обонятельных способностей отличаются пчелы. На самом деле, они даже перемещаются в пространстве по запаху. Агаби создал дрон, который не уступает пчелиной способности распознавать и интерпретировать запахи. Он может быть использован не только для военных целей и обнаружении бомб, но и для исследования сельхозугодий, нефтеперерабатывающих заводов – всех мест, где уровень здоровья и безопасности может быть измерен по запаху.

В процессе разработки Агаби и его команда решали три основные проблемы: структурировать нейроны так же, как они структурированы в мозге, прочитать и записать информацию в каждый отдельный нейрон и создать стабильную среду.

Технология индуцированной дифференцировки плюрипотентной клетки – метод, когда зрелая клетка, например, кожи, генетически встроена в исходную стволовую клетку, позволяет любой клетке превратиться в нейрон. Но как и любым электронным компонентам, живым нейронам нужна специальная среда обитания.

Поэтому нейроны были помещены в оболочки с управляемой средой, для регулировки уровня температуры и водорода внутри, а также для подачи им питания. Кроме того, такая оболочка позволяет контролировать взаимодействие нейронов между собой.

Электроды под оболочкой позволяют считывать или записывать информацию на нейроны. Агаби описывает этот процесс так:

«Мы заключаем электроды в оболочку из ДНК и обогащенных протеинов, которая стимулирует нейроны формировать искусственную тесную связь с этими проводниками. Так, мы можем считывать информацию с нейронов или, наоборот, посылать информацию на нейроны тем же способом или посредством света или химических процессов».

Агаби верит, что будущее технологий – за раскрытием возможностей так называемого wetware – человеческого мозга в корреляции с машинным процессом.

«Нет практических границ для того, какими большими мы сделаем наши будущие устройства или как по-разному мы может моделировать мозг. Биология – это единственная граница».

Дальнейшие планы «Конику» включат разработку чипов:

  • с 500 нейронами, который будет управлять машиной без водителя;
  • с 10 000 нейронами – будет способен обрабатывать и распознавать изображения так, как это делает человеческий глаз;
  • с 100 000 нейронами – создаст робота с мультисенсорным входом, который будет практически неотличим от человека по перцептивным свойствам;
  • с миллионом нейронов – даст нам компьютер, который будет думать сам за себя.

Чип памяти, встроенный в мозг

Каждый год сотни миллионов людей испытывают сложности из-за потери памяти. Причины этому разные: повреждения мозга, которые преследуют ветеранов и футбольных игроков, инсульты или болезнь Альцгеймера, проявляющиеся в старости, или просто старение мозга, которое ожидает всех нас. Доктор Теодор Бергер, биомедицинский инженер Университета Южной Калифорнии, на средства Агенства по перспективным оборонным исследованиям Министерства обороны США DARPA, тестирует расширяющий память имплантат, который имитирует обработку сигнала в момент, когда нейроны отказываются работать с новыми долгосрочными воспоминаниями.

Чтобы устройство заработало, ученые должны понять, как работает память. Гиппокамп – это область мозга, которая отвечает за трансформацию краткосрочных воспоминаний в долгосрочные. Как он это делает? И возможно ли симулировать его деятельность в рамках компьютерного чипа?

«По существу, память – это серия электрических импульсов, которые возникают с течением времени и которые генерируются определенным числом нейронов», – объясняет Бергер, – «Это очень важно, так как это значит, что мы можем свести этот процесс к математическому уравнению и поместить его в рамки вычислительного процесса».

Так, нейробиологи начали декодировать поток информации внутри гиппокампа. Ключом к этой дешифровке стал сильный электрический сигнал, который идет от области органа под названием СА3 – «входа» гиппокампа – к СА1 – «выходящему» узлу. Этот сигнал ослабляется у людей с расстройством памяти.

«Если бы мы могли воссоздать его, используя чип, мы бы восстановили или даже увеличили объем памяти», — говорит Бергер.

Но проследить этот путь дешифровки сложно, так как нейроны работают нелинейно. И любой незначительный фактор, замешанный в процессе, может привести к совсем другим результатам.Тем не менее, математика и программирование не стоят на месте, и сегодня могут вместе создать самые сложные вычислительные конструкции со множеством неизвестных и множеством «выходов».

Для начала ученые приучили крыс нажимать тот или иной рычаг, чтобы получить лакомство. В процессе запоминания крысами и превращения этого воспоминания в долгосрочное, исследователи тщательно фиксировали и записывали все трансформации нейронов, и затем по этой математической модели создали компьютерный чип. Далее, они ввели крысам вещество, временно дестабилизирующее их способность запоминать и ввели чип в мозг. Устройство воздействовало на «выходящий» орган СА1, и, вдруг, ученые обнаружили, что воспоминание крыс о том, как добиться лакомства восстановилось.

Следующие тесты были проведены на обезьянах. На этот раз ученые сконцентрировались на префронтальной коре головного мозга, которая получает и модулирует воспоминания, полученные из гиппокампа. Животным была продемонстрирована серия изображений, некоторые из который повторялись. Зафиксировав активность нейронов в момент узнавания ими одной и то же картинки, была создана математическая модель и микросхема, на ее основе. После этого работу префронтальной коры обезьян подавили кокаином и ученые вновь смогли восстановить память.

Когда опыты проводились на людях, Бергер избрал 12 волонтеров, больных эпилепсией, с уже имплантированными электродами в головной мозг, чтобы проследить источник их припадков. Повторяющиеся судороги разрушают ключевые части гиппокампа, необходимые для формирования долгосрочных воспоминаний. Если, к примеру, изучить активность мозга в момент припадков, можно будет восстановить воспоминание.

Точно также, как и в предыдущих экспериментах, был зафиксирован специальный человеческий «код памяти», который впоследствии сможет предсказать паттерн активности в клетках СА1, основываясь на данных, хранящихся или возникающих в СА3. В сравнении с «настоящей» мозговой активностью, такой чип работает с точностью около 80%.

Пока рано говорить о конкретных результатах после опытов на людях. В отличие от моторного кортекса головного мозга, где каждый отдел отвечает за определенный орган, гиппокамп организован хаотично. Также пока рано говорить, сможет ли такой имплантат вернуть память тем, кто страдает от повреждений «выходящего» участка гиппокампа.

Проблемный остается вопрос геерализации алгоритма для такого чипа, так как экспериментальный прототип был создан на индивидуальных данных конкретных пациентов. Что, если код памяти разный для всех, в зависимости от типа входящих данных, которые он получает? Бергер напоминает, что и мозг ограничен своей биофизикой:

«Есть только такое количество способов, которыми электрические сигналы в гиппокампе могут быть обработаны, которое несмотря на свое множество, тем не менее ограничено и конечно», — говорит ученый.

Оригинал статьи

Понравилась статья?

Поделись с друзьями!

  Поделиться 0   Поделиться 0   Твитнуть 0

Подпишись на еженедельную рассылку

futurist.ru

Наука: Наука и техника: Lenta.ru

Протезы, которые управляются силой мысли, прямая связь с компьютерами без помощи мышц, а в перспективе — искусственное тело для парализованного человека и тренировка когнитивных функций — мышления, памяти и внимания. Все это уже вне области научной фантастики. Время нейронаук уже настало, утверждает кандидат биологических наук, начальник отдела нейрокогнитивных технологий НИЦ «Курчатовский институт» Сергей Шишкин. Он рассказал о последних результатах исследований мозга в Образовательном центре «Сириус». «Лента.ру» приводит основные тезисы его выступления.

Результаты физических исследований лежат в основе всего, что нас окружает. На что бы мы ни посмотрели — здания, одежда, компьютеры, смартфоны, — все это так или иначе связано с технологиями, основанными на законах физики. А вот вклад в нашу жизнь науки о мозге несопоставимо меньше.

Почему? До недавнего времени нейронауки развивались очень медленно. В середине XIX века только-только начали понимать, что мозг состоит из нервных клеток — нейронов, но тогда их было чрезвычайно сложно увидеть и выделить. Современные исследователи нашли способы более глубокого изучения нейронов и наблюдения за их работой — например, в них вводят флуоресцентные красители, которые светятся при активации клетки.

Новые методы позволяют без хирургического вмешательства наблюдать за работой мозга человека с помощью технологии ядерно-магнитного резонанса. Мы начинаем лучше разбираться в устройстве мозга и создавать на основе этих знаний новые технологии. Одна из наиболее впечатляющих — интерфейс «мозг — компьютер».

Эта технология позволяет управлять компьютером силой мысли, точнее это называется «технологией для передачи команд из головного мозга в компьютер без помощи мышц и периферических нервов» (именно такое определение принято в научной литературе). Основное назначение интерфейсов «мозг — компьютер» — помощь инвалидам, прежде всего тем людям, у которых не работают мышцы или система управления ими. Это может быть вызвано разными причинами — например, автомобильной аварией, когда перебивается спинной мозг человека.

Нужен ли здоровому человеку дополнительный канал связи с компьютером? Некоторые ученые полагают, что такой интерфейс может сильно ускорить работу с вычислительной техникой, потому что человека не будут «тормозить» руки: — он станет напрямую посылать информацию в компьютер. Есть и более реалистичное предположение: с помощью этих интерфейсов можно тренировать когнитивные функции мозга — мышление, память, внимание… Как тут не вспомнить фильм «Газонокосильщик», где главный герой с помощью виртуальной реальности так «прокачал» свой мозг, что фактически стал сверхчеловеком.

Фото: Jose Luis Magana / AP

В основе этих желаний лежит мечта о расширении возможностей мозга. Это вполне объяснимо: мы почти всегда недовольны теми возможностями, которые у нас есть. Мечта о расширении возможностей мозга подсказывает ученым кажущееся фантастическим, но все более реальное направление работы: постараться как можно теснее связать мозг и компьютер. Ведь у компьютерных программ есть большой недостаток — в них почти все построено на жестких правилах, а у человека работает интуиция, хотя он и не может почти мгновенно просчитывать варианты. Так что такое объединение сильных сторон мозга и компьютера было бы весьма полезным.

Но в первую очередь перед нейронауками стоят вполне практические задачи. Например, помочь людям с болезнью под названием боковой амиотрофический склероз. Пациентов с таким диагнозом немного, но это очень тяжелое заболевание. Больной может совершенно нормально думать и воспринимать информацию из окружающего мира, но не способен двигаться и даже что-то сказать. К сожалению, пока это заболевание остается неизлечимым, и больные до конца жизни не могут общаться с окружающими.

Первые попытки создать интерфейс «мозг — компьютер» были сделаны еще в 1960-е годы, однако серьезный интерес к этой технологии возник лишь после того, как в конце 1990-х немецкий ученый Нильс Бирбаумер с коллегами разработали так называемое «устройство для передачи мыслей» и стали обучать пользоваться им парализованных больных.

Некоторые пациенты благодаря этому устройству смогли общаться с родственниками и исследователями. Один из них написал с помощью «устройства для передачи мыслей» большое письмо, в котором рассказал, как он печатает буквы. Этот текст, который больной писал в течение шести месяцев, был опубликован в одном из научных журналов.

Работу с системой Бирбаумера нельзя назвать простой. Пациент должен выбрать сначала одну из половин алфавита, показываемого на экране, меняя идущие из мозга электрические потенциалы либо в позитивную, либо в негативную сторону. Таким образом он как бы мысленно говорит «да» или «нет». Электрический потенциал регистрируется прямо на поверхности кожи головы, подается в компьютер, и тот определяет, какую из половин алфавита надо выбрать. Дальше человек идет глубже по алфавиту и выбирает конкретную букву. Это неудобно и долго, зато метод не требует вживления электродов в мозг.

Инвазивные методы, когда электроды вводятся непосредственно в мозг, более успешны. Толчок к развитию этого направления дала война в Ираке. Многие военные тогда стали инвалидами, и американские ученые попытались придумать, как с помощью интерфейса «мозг — компьютер» такие люди смогли бы управлять механическими протезами. Первые эксперименты проводились на обезьянах, а потом электроды вживляли парализованным людям. В результате человек смог активно включиться в процесс освоения методики управления протезом.

Фото: China Daily / Reuters

В 2012 году команде Эндрю Шварца из Питтсбурга удалось обучить парализованную женщину настолько точно управлять механической рукой, что она смогла брать ею различные предметы и даже пожать руку ведущему популярной телевизионной программы. Правда, не все движения выполнялись безупречно, но, безусловно, система совершенствуется.

Как удалось это сделать? Был разработан подход, который позволяет на лету определять желаемое направление движения с помощью закодированных в нейронах сигналов. Для этого приходится имплантировать в моторную кору мозга маленькие электроды — они отводят от нейронов сигналы, которые передаются в компьютер.

Сразу же возникает вопрос: если человек двигает механической рукой, можно ли сделать механического двойника — аватара, который будет воспроизводить все движения человека? Такое механическое тело будет управляться через интерфейс «мозг-компьютер». Фантазий на этот счет немало, иногда ученые даже выдают какие-то реальные планы. Пока серьезные специалисты относятся к этому как к фантастике, но в отдаленном будущем такое возможно.

В лаборатории когнитивных технологий «Курчатовский институт» сейчас работают не только над интерфейсами «мозг — компьютер», но и «глаз — мозг — компьютер». Строго говоря, это не совсем интерфейс «мозг — компьютер», потому что в его работе используются глазные мышцы. Управление с помощью регистрации направления взгляда тоже очень важно, поскольку есть инвалиды с нарушениями двигательной функции, глазные мышцы которых продолжают действовать. Есть уже готовые системы, с помощью которых человек может набирать текст взглядом.

Тем не менее за пределами задачи набора текста возникают проблемы. Например, сложно научить интерфейс не отдавать команды тогда, когда человек смотрит на кнопку управления только потому, что он задумался и остановил на ней взгляд.

Фото: Morris MacMatzen / Reuters

Чтобы решить эту проблему, в Курчатовском институте решили создать комбинированную технологию. Участники экспериментов играют в компьютерную игру, делая ходы только с помощью коротких задержек взгляда. В это время исследователи регистрируют на поверхности кожи головы электрические сигналы их мозга.

Оказалось, что когда участник эксперимента задерживает взгляд, чтобы сделать ход, в сигналах его мозга появляются особые маркеры, которых не бывает, когда взгляд задерживается просто так. На основе этих наблюдений и создается интерфейс «глаз — мозг — компьютер». Его пользователю будет достаточно лишь посмотреть на кнопку или ссылку на экране компьютера, захотеть по ней кликнуть, — система распознает это желание, и клик произойдет сам собой.

В будущем появятся новые способы, которые позволят без использования рискованных и очень дорогих операций подключать мозг к компьютеру. Сейчас мы наблюдаем зарождение этих технологий и скоро сможем их опробовать.

lenta.ru

Интерфейс мозг-компьютер перестал быть научной фантастикой / Habr

Томас Рирдон надевает махровые эластичные браслеты, в ткань которых вплетены микрочипы и электроды – этакая стимпанковская бижутерия [полагаю, автор имел в виду киберпанк – прим. перев.] – на каждое из запястий. «Эта демка сносит крышу», – говорит Рирдон, предпочитающий, чтобы к нему обращались по фамилии. Он садится за клавиатуру, включает монитор и начинает печатать. После нескольких строк текста он отталкивает клавиатуру, обнажая белую поверхность стола, стоящего в штаб-квартире его стартапа, расположенного в Манхэттене. Он продолжает печатать, только на этот раз он печатает по пустому пространству стола. Но результат получается тем же – вводимые им слова появляются на мониторе.

Это, конечно, круто, но гораздо важнее то, как происходит этот фокус. Текст на экране создают не его пальцы, а сигналы, которые его мозг отправляет пальцам. Браслеты перехватывают их, правильно интерпретируют и передают этот ввод компьютеру – точно так же, как это делала бы клавиатура. А барабанят ли пальцы Рирдона по столу на самом деле, уже не важно; есть ли у него вообще кисти рук – не важно. Связь осуществляется между мозгом и компьютером. Более того, Рирдон с коллегами обнаружили, что машина может воспринимать и более тонкие сигналы – вроде подрагивания пальца – и не требует реальной имитации печатания.

Можно набирать по сотне слов в минуту на смартфоне, держа руки в карманах. Незадолго до этой демонстрации я наблюдал, как партнёр Рирдона, Патрик Кайфош, играет на своём iPhone в Asteroids. Один из этих загадочных браслетов был надет у него между запястьем и локтем. На экране было видно, что в Asteroids играет неплохой игрок, и крохотный космический кораблик ловко уворачивается от больших камней и крутится, разбивая их на пиксели. Но движения, совершаемые Кайфошем для управления игрой, были едва различимы: лёгкий трепет пальцев его кисти, лежавшей на столе. Казалось, что он играет в игру, управляя ею мозгом. И в каком-то смысле это так и было.

2017 год стал годом появления на публике интерфейса мозг-машина (ИММ), технологии, пытающейся передать загадочное содержимое полуторакилограммовой жижи, находящейся внутри нашего черепа, к машине, занимающей всё более центральное положение в нашей жизни. Идея была взята из научной фантастики и отправилась прямиком в круги венчурных инвесторов быстрее, чем сигнал проходит по нейрону. Facebook, Илон Маск, другие богатые конкуренты – такие, как бывший основатель Braintree Брайан Джонсон, серьёзно обсуждали идею кремниевых имплантатов, не только сливающих нас с компьютерами, но и повышающих наш уровень разума. Но CTRL-Labs, обладающая не только рекомендациями технокомпаний, но и консультативным советом из звёзд в мире нейробиологии, пропускает этап распутывания чрезвычайно сложных внутричерепных связей и отметает необходимость резать кожу черепа, чтобы вставить в него чип – а этого обычно требует ИММ. Вместо этого она фокусируется на богатом наборе сигналов, контролирующих движения, и идущих через спинной мозг – выбирая, таким образом, более простой путь доступа к нервной системе.


Томас Рирдон, сооснователь и гендиректор CTRL-Labs

Рирдон с коллегами из CTRL-Labs используют эти сигналы в роли мощного API между всеми машинами и мозгом. К следующему году они планируют превратить неуклюжие браслеты в более тонкие, похожие на браслеты от часов, чтобы самые первые их последователи могли отказаться от своих клавиатур и крохотных кнопочек на экранах смартфонов. Технология в потенциале способна улучшить ощущения от виртуальной реальности, в данный момент отпугивающей пользователей своими запросами по нажатию кнопок на контроллерах, которые им не видны. Возможно, не существует лучшего способа двигаться и управляться с альтернативным миром, чем при помощи системы, управляемой мозгом.

Рирдон, 47-летний директор CTRL-Labs, считает, что немедленная практичность версии ИММ от его компании ставит её на шаг впереди конкурентов, увлекающихся научной фантастикой. «Когда я вижу эти анонсы сканирующих мозг технологий и одержимость подходом к нейробиологии, отрицающим тело, этаким „мозг в банке“, мне всегда кажется, что эти люди упускают самое главное – то, как все новые технологии становятся коммерческими, этот жёсткий прагматизм, – говорит он. – Мы пытаемся обогатить жизни людей, дать им больше контроля над тем, что их окружает, и над этим маленьким дурацким устройством у вас в кармане – которое сейчас, по сути, служит устройством только для чтения, с ужасающими способами для ввода информации».


Мэйсон Римэли демонстрирует управление игрой при помощи браслета

Цели Рирдона весьма амбициозны. «Я хотел бы, чтобы наши устройства, будем их производить мы или наши партнёры, появились у миллионов людей через три-четыре года», – говорит он. Но улучшенный интерфейс к телефону – это только начало. CTRL-Labs надеется проторить путь в будущее, в котором люди смогут одинаково успешно управляться с большим количеством окружающих их устройств, используя пока ещё не изобретённые инструменты. В мире, где чёткие сигналы от рук – тайная безмолвная речь разума – становится основным способом общения с электронной сферой.

Инициатива появилась в пророческий момент существования компании, когда она была в идеальной позиции для внедрения инноваций. Лидер компании – талантливый программист со стратегическим мышлением, управлявший воплощением инициатив крупных компаний – и ушедший от них, чтобы стать нейробиологом. Рирдон понимает, что всё его прошлое случайным образом привело его к невероятно важной возможности, идеально подходящей для человека с его навыками. И он решительно настроен на то, чтобы не упустить её.

Рирдон вырос в Нью-Гемпшире, и был одним из 18 детей в семье рабочих. Он отбился от стаи в 11 лет, научился программировать в местном центре обучения, спонсируемом техногигантом Digital Equipment Corporation. «Нас звали „гвипами“, мелкими хакерами», – говорит он [gweep – так называли первых хакеров ранних микрокомпьютеров / прим. перев.]. Он прошёл несколько курсов в MIT и к 15 годам поступил в Нью-Гемпширский университет. На него было жалко смотреть – это была комбинация из зелёного юнца-аутсайдера и бедняка. Он не проучился там и года. «Мне наступало 16, и я понял, что мне нужно искать работу», – говорит он. В результате он оказался в городке Чапел-хил в Северной Каролине, и сначала работал в рентгеновской лаборатории в университете Дьюка, настраивая университетскую компьютерную систему на работу с интернетом. Вскоре он основал собственную сетевую компанию, создававшую утилиты для мощнейшей тогда компании Novell. В результате Рирдон продал компанию, в процессе познакомился с венчурным капиталистом Энн Винблад, которая познакомила его с Microsoft.

Первой работой Рирдона там стало управление небольшой командой, клонировавшей ключевой софт Novell для интеграции его в Windows. Он был ещё подростком и не привык к управлению людьми, и некоторые его подчинённые называли его Дуги Хаузером. И всё-таки он выделялся из толпы. «В Microsoft встречаешь множество умных людей, но Рирдон мог вас поразить», – говорит Брэд Сильверберг, в то время бывший главой проекта Windows, а сейчас венчурный инвестор (вложившийся в CTRL-Labs). В 1993 году жизнь Рирдона поменялась, когда он увидел первый веб-браузер. Он создал проект, из которого вышел Internet Explorer, который по-быстрому впихнули в Windows 95 в рамках наметившейся конкуренции. Какое-то время это был самый популярный браузер в мире.

Через несколько лет Рирдон ушёл из компании, разочарованный бюрократией и замученный антимонопольным судебным разбирательством, связанным с браузером, который он помогал создавать. Рирдон и некоторые люди из его команды начали стартап, связанный с беспроводным доступом в интернет. «Мы начали не вовремя, но идея у нас была правильная», – говорит он. А затем Рирдон сделал неожиданный финт: ушёл из индустрии и стал студентом Колумбийского Университета. Чтобы писать диплом по античной культуре. Вдохновение он получил от раскованного разговора со знаменитым Фрименом Дайсоном, произошедшего в 2005 году. Тот упоминал, что читал много литературы на латыни и греческом. «Вероятно, величайший из живущих физиков сказал мне – не занимайся наукой, читай Тацита, – говорит Рирдон. – Я так и сделал». В возрасте 30 лет.


Томас Рирдон общается с подчинёнными

В 2008-м Рирдон получил свой диплом, с отличием, но ещё до окончания учёбы начал посещать курсы нейробиологии и влюбился в работу в лаборатории. «Она напоминала мне программирование, изготовление чего-либо своими руками и попытки что-то сделать, посмотреть, как оно работает, а затем искать ошибки», – говорит он. Он решил серьёзно заняться этим вопросом и составить резюме для магистратуры. Он перевёлся в Колумбию, работал под началом знаменитого нейробиолога Томаса Джессела (сейчас консультирующего CTRL-Labs вместе с другими звёздами вроде Кришны Шеноя из Стэнфорда).

Согласно их веб-сайту, лаборатория Джессела «изучает системы и контуры, управляющие движением», которые она называет «корнем всего поведения». Это отражает ориентированность Колумбии на разделение в нейробиологии между теми, кто изучает происходящее внутри самого мозга, и теми, кто изучает его выходные данные. И хотя деятельность людей, пытающихся разгадать тайны мозга, изучая его материю, окутана очарованием, люди из второго лагеря спокойно верят в то, что то, что мозг заставляет нас делать, и есть его основная функция. Нейробиолог Дэниел Уолперт однажды подытожил это мировоззрение: «Мозг у нас есть только по одной причине – выдавать легко приспосабливающиеся и сложные движения. Больше причин для того, чтобы иметь мозг, не существует. На окружающий вас мир можно воздействовать только движениями».

Такой подход помог сформировать CTRL-Labs, появившуюся, когда Рирдон занялся мозговым штурмом с двумя своими коллегами в лаборатории в 2015-м. Его сооснователями стали Кайфош и Тим Мачадо, получившие докторские степени чуть раньше Рирдона. Они приступили к созданию компании. Во время обучения Рирдон всё больше интересовался сетевой архитектурой, делающей возможными «осознанные движения» – действия, не кажущиеся сложными, но в реальности требующие точности, синхронизации и неосознанно приобретённого опыта. «Такие вещи, как взять стоящую перед вами чашку кофе, поднести её к губам и не зарядить ею со всей силы по лицу», – поясняет он. Вычислить, какие именно нейроны мозга выдают телу команды, чтобы эти движения стали возможными, невероятно сложно. Единственный пригодный способ получить доступ к этим действиям – просверлить в черепе дыру и засунуть в мозг имплантат, а потом мучительно пытаться понять, какие нейроны там работают. «Можно извлечь какие-то данные, но у человека на тренировку одного из этих нейронов на, допустим, управление протезом, уходит по году», – говорит Рирдон.


Патрик Кайфош, начальник службы информационной безопасности и сооснователь CTRL-Labs

Но эксперимент Мачадо открыл новые возможности. Мачадо, как и Рирдон, очень интересовался тем, как мозг управляет движениями, но он никогда не думал о том, что реализация ИММ должна проводиться через имплантацию электродов в мозг. «Я никогда не представлял, что люди будут этим заниматься, чтобы потом отправлять друг другу текстовые сообщения», – говорит Мачадо. Он изучал, как для этого можно приспособить моторные нейроны, протянувшиеся через спинной мозг к реальным мускулам тела. Он создал эксперимент, в котором удалил спинной мозг у мышей и поддерживал их в активном состоянии, чтобы измерять, что происходило с моторными нейронами. Оказалось, что сигналы были удивительно организованными и связными. «Можно было понять смысл их активности», – говорит Мачадо. Два молодых нейробиолога и программист, ставший нейробиологом, чуть постарше их, увидели другую возможность создания ИММ. «Если вы работаете с сигналами, у вас может из этого что-то получиться», – вспоминает Рирдон его реакцию.

Ловить эти сигналы логично было в руках – поскольку мозг человека настроен в основном на работу с руками. CTRL-Labs не первые поняли ценность этих сигналов: стандартный тест на определение нейромускульных аномалий использует сигналы электромиографии, ЭМГ. В первых экспериментах CTRL-Labs использовала стандартные медицинские инструменты для получения сигналов ЭМГ, ещё до того, как начала создавать собственное оборудование. Инновация состоит в более точном считывании ЭМГ – включая и получение сигналов от отдельных нейронов – по сравнению с существующими технологиями, и, что ещё более важно, распознавании связей между электрической активностью и мускулами, чтобы CTRL-Labs могла превращать ЭМГ в инструкции, пригодные для управления компьютерными устройствами.

Адам Беренцвейг, бывший технический директор компании машинного обучения Clarifai, ныне – ведущий учёный в CTRL-Labs, считает, что разработка этих сигналов сравнима с распознаванием такого сложного сигнала, как речь. Ещё один их ведущий учёный, Стив Демерс, физик, работающий в области вычислительной химии, помогал создавать заслуживший награду визуальный эффект «время пули», использовавшийся в фильме «Матрица». «Речь появилась в результате эволюции специально для передачи информации из одного мозга в другой, – говорит Беренцвейг. – Эти моторные нейросигналы появились в результате эволюции специально для передачи данных из мозга в руку, для влияния на изменение мира, но, в отличие от речи, до сих пор у нас не было доступа к этим сигналам. Как будто у нас нет микрофонов и возможности записывать и разглядывать звук».


Адам Беренцвиг, ведущий учёный CTRL-Labs

Но поймать сигнал – это только первый шаг. Возможно, самая сложная задача – превратить их в сигналы, понятные устройству. Для этого требуется комбинация программирования, машинного обучения и нейробиологии. В некоторых случаях при первом использовании системы человеку понадобится пройти небольшой тренировочный период, во время которого ПО компании будет разбираться с тем, как сопоставить индивидуальные сигналы человека с кликами мышки, нажатиями клавишей, касанием кнопок и движениями пальцев по экрану смартфона, на компьютере и по манипуляторам для VR. Что удивительно, у простейших из существующих демонстрационных продуктов на это уходит всего несколько минут.

Сложнее будет обучать систему, когда люди перейдут от имитации традиционных движений – допустим, ввода текста через систему QWERTY – до изменения существующих задач, допустим, набора текста, с руками в кармане. Это может стать более быстрым и удобным, но потребует терпения и приложения усилий. «Это один из больших и сложных вопросов, – говорит Беренцвейг. – Возможно, это потребует нескольких часов тренировок – но сколько времени уходит у людей сегодня на изучение системы QWERTY? Годы». И у него есть идеи по поводу повышения кривой обучения. Одна из них – геймификация. Другая – предложить людям представить, что они учат новый язык. «Мы можем научить людей издавать фонетические звуки руками, – говорит он. – Это будет выглядеть так, будто они разговаривают руками».

Именно использования мозговых команд нового типа покажет, станет ли CTRL-Labs компанией, делающей улучшенные компьютерные интерфейсы, или дорогой к новому виду симбиоза человека и объектов. Один из научных советников CTRL-Labs – Джон Кракауэр, профессор нейробиологии и физической медицины и реабилитации в медицинской школе Университета им. Джона Хопкинса, который руководит там лабораторией Мозга, обучения, анимации и движений. Кракауэр рассказал мне, что он работает с другими командами в своём институте над тем, чтобы использовать систему от CTRL-Labs для тренировки людей, пользующихся протезами, замещающими потерянные конечности, в частности, создавать виртуальную конечность, с которой люди должны научиться управляться перед тем, как пройти трансплантацию конечности от донора. «Мне очень интересно использовать это устройство для того, чтобы помогать людям получать больше удовольствия от движений, когда они сами уже не могут гулять или заниматься спортом», – говорит Кракауэр.

Но Кракауэр (который и сам является возмутителем спокойствия в мире нейробиологии) также видит нечто большее в работе системы от CTRL-Labs. Хотя человеческая рука – устройство необыкновенно хорошее, возможно, что сигналы от мозга смогут справляться с чем-то гораздо более сложным. «Нам неизвестно, является ли рука наилучшим устройством из всех, с которыми мы можем управляться при помощи нашего мозга, или же наш мозг гораздо лучше рук», – говорит он. Если верно последнее, сигналы ЭМГ могут оказаться способными работать с руками с большим количеством пальцев. Возможно, мы сможем управлять множеством роботизированных устройств с такой же простотой, с какой мы играем на музыкальных инструментах своими руками. «Не будет сильным преувеличением сказать, что если вы можете делать что-то на экране, вы можете делать это с роботом, – говорит Кракауэр. – Возьмите любую телесную абстракцию, которую можете придумать, и передайте её куда-то ещё вместо руки – допустим, это может быть осьминог».

Возможно, у нас получится использовать протезы, которые превысят по возможностям те части тела, с которыми мы родились. Или, возможно, несколько протезов, соединённых с телом в разных местах. «Мне нравится идея использования этих сигналов для управления каким-либо внешним устройством, – говорит Кракауэр. – Также мне нравится идея здорового человека, у которого просто есть хвост».

Для компании возрастом до двух лет, CTRL-Labs пережила уже довольно много. В конце прошлого года ушёл сооснователь Тим Мачадо. Сейчас он работает в престижной биоинженерной лаборатории Дейссерота, но остаётся советником компании и совладельцем ценной интеллектуальной собственности. Только в прошлом месяце компания поменяла название, изначально она называлась Cognescent, но в итоге команда примирилась с тем, что в таком виде их постоянно путали бы с IT-компанией Cognizant с капитализацией в $40 млрд.

Но по мнению Рирдона, самое интересное в компании – большая скорость разработки системы, воплощающей её идеи. Это выгодно отличается от ранних дней её существования, когда прогресс шёл рывками. «У нас ушло три-четыре месяца только на то, чтобы просто увидеть что-то на экране», – говорит Вандита Шарма, программист. «В итоге это был очень крутой момент, когда я смог соединить свой телефон с браслетом и увидеть на экране ЭМГ». Когда я в первый раз был в гостях у компании этим летом, 23-летний волшебник игр Мэйсон Римали дал мне поиграть с демо-версией Pong, минимальным из всех контрольных тестов. Через несколько недель другой программист, Майк Астолфи, показал мне игру в Asteroids, в которой работали ещё не все функции. Вскоре после этого игру реализовали на 100%, и Каифош сумел поиграть в неё, хоть и не без резких рывков. Теперь Астолфи адаптирует к системе Fruit Ninja. «В ноябре, увидев демонстрацию, я решил, что они очень слабо продвинулись. А в последнее время чувствуется, что они оседлали волну», – говорит Эндрю Мюррей, исследователь из Велкомовского центра нейроконтуров и бихевиоризма в Сэнсберри, некоторое время работавший в лаборатории Джессела с Рирдоном.

«Технология, над которой мы работаем, с точки зрения возможностей бинарная – она либо работает, либо нет, – говорит Рирдон. – Можете представить себе компьютерную мышь, работающую 90% времени? Вы бы не стали её использовать. На сегодня у нас есть доказательство того, что она, чёрт возьми, работает. Удивляет то, что она работает уже сейчас, с опережением графика». Согласно сооснователю Каифошу, следующий этап – использование этой технологии в самой компании. «Вероятно, начнём с того, что избавимся от мышек», – говорит он.

Но потребуется гораздо больше, чтобы заставить всех нас выбросить наши клавиатуры и мыши. Такой ход потребует того, чтобы эту систему приняли на вооружение большие компании, определяющие, что мы используем в своём ежедневном обиходе. Рирдон считает, что они на это пойдут. «Все крупные компании, будь то Google, Apple, Amazon, Microsoft или Facebook, делают большие ставки на новые типы взаимодействия, – говорит он. – Мы пытаемся делать так, чтобы о нас знали».

За ЭМГ-сигналы тоже идёт соревнование. В нём участвует и компания Thalmic Labs, получившая недавно $120 млн инвестиций от Amazon. Её продукт, выпущенный впервые в 2013 году, всего лишь интерпретирует несколько жестов, хотя говорят, что компания уже работает над новым устройством. Коммерческий директор CTRL-Labs, Джош Дуйян, говорят, что неинвазивное отслеживание активности нейронов, используемое их компанией, это «инновация, создающая ИММ, и отличающая нас от очередной компании, производящей устройство, которое никто не использует, типа Thalmic». Инвестиции в $11 млн, полученные CTRL-Labs, пришли из разных источников, включая Spark Capital, Matrix Partners, Breyer Capital, Glaser Investments и Fuel Capital. В итоге Рирдон считает, что у его технологии есть преимущество перед другими реализациями ИММ – как и Илон Маск, Брайан Джонсон и Реджина Дуган из Facebook, Рирдон в прошлом уже был успешным предпринимателем в технологической сфере. Но в отличие от них, у него есть докторская степень по нейробиологии.

«Такие моменты в жизни бывают редко, – говорит Рирдон, с которым это случалось чаще, чем с другими. – Это момент Уоррена Баффета. Ты ждёшь, и ждёшь, и ждёшь, и ждёшь той вещи, которая, похоже, выстрелит. Это и есть та самая редкая вещь».

Ели он прав, в будущем, когда люди будут говорить такие фразы, они будут вилять хвостами.

habr.com

Интерфейс мозг-компьютер | intalent.pro

Биологический факультет МГУ. Именно здесь профессор Александр Каплан создал известную лабораторию нейрокомпьютерных интерфейсов. Он и его коллеги изучают возможности человеческого мозга и ищут ответ на вопрос: на что способна сила мысли?

Интерфейс мозг-компьютер. Это уникальное устройство, которое позволяет управлять компьютером без помощи мышц. Любой человек может формировать команды, используя лишь собственную электрическую активность мозга.

Представьте, что ваше тело управляется электрическими нервными импульсами. И в головном мозге генерируются реакции. А раз так, то с помощью электродов их можно считать и расшифровать.

Заведующий лабораторией нейрофизиологии и нейро-компьютерных интерфейсов МГУ им. М.В. Ломоносова, профессор Александр Каплан рассказывает:

- В определенный момент нам самим стало интересно: если мы так хорошо расшифровываем, что делает мозг в тот или иной момент по электрической активности, почему бы эти показатели не использовать как сигналы для коммуникации с внешним миром. И вот мы все-таки выстроили такую систему коммуникации без слов,  без рук. Получается как будто-то бы силой мысли, но на самом деле силой изменений электрической активности мозга. Это технология и называется «интерфейс мозг-компьютер». Она как связующее звено между тем, что  сейчас происходит в мозге и каким-нибудь внешним устройством.

Сегодня самые известные разработки лаборатории Александра Каплана – игровые и тренажерные интерфейсы. Собрать пазл или печатать силой мысли уже вполне обыденное дело. Идея достаточно проста: на вас надевается шапочка с электродами. Они подключаются к датчику, который фиксирует поступающие из мозга сигналы.

Старший научный сотрудник лаборатории нейрофизиологии и нейро-компьютерных интерфейсов МГУ им. М.В. Ломоносова, кандидат биологических наук Арина Кочетова поясняет:

- После того как шапочка с электродами закреплена на голове, мы должны убедиться, что поймали импульсы мозга. Для этого существует специальная программа. Это нужно для того, чтобы потом человек мог усилить эти импульсы, а компьютер распознать код.

Дальше вы загадываете букву, концентрируете на ней все свое внимание. Программа начинает подсвечивать строки: вертикальные и горизонтальные. Когда строчка проходит через нужную букву, вы просто говорите про себя: один. И так ведете счет до 10.  Таким образом, вы 10 раз посылаете компьютеру электрическую волну, он распознает ваш код и перемещает нужную букву в строку.

Скорость печати силой мысли очень мала: профессионалы печатают 13-15 букв в минуту. Зачем тогда вообще нужна эта технология? Дело в том, что, например, для парализованных людей - это единственный шанс обрести связь с внешним миром. Кроме того, сегодня ученые многих стран уже создали устройства, которые позволяют «силой мысли» управлять, например, протезом или инвалидным креслом.  Лаборатория Александра Каплана сейчас создает так называемый манипулятор.

- Манипулятор – это устройство, которое позволяет человеку что-то делать помимо рук, — говоритзаведующий лабораторией нейрофизиологии и нейро-компьютерных интерфейсов МГУ им. М.В. Ломоносова, профессор Александр Каплан.— Например, я сижу за столом, что-то делаю, но при этом мне нужно подать телефон. Я могу активировать настольный манипулятор, он побежит, возьмет телефон и подаст его мне. Здесь нет ничего фантастического, потому что используется такая же технология, как и при печати букв или управлении инвалидным креслом. Я подаю команды через электрический сигнал мозга.

Александр Каплан выделяет и еще одно важное направление - оздоровительные технологии, или «брейн-фитнес». Например, у человека пострадала какая-то область мозга, без тренировки она будет отмирать. Но если постоянно играть в специальные игры с помощью интерфейса мозг-компьютер, например, в пазл, то она будет действовать и развиваться.

Ученые уверены: мозг человека обладает гораздо большими манипуляторными способностями, чем мы думаем. А поэтому создание новых устройств, управляемых силой мысли, не за горами.

Источник: Научная Россия

intalent.pro

Мозг не компьютер — Викиум.ру

Человеческий мозг – сложная структура, и ученые еще далеки от полного понимания, как он работает. В разные времена это незнание порождало различные красочные сравнения со сложными процессами и механизмами. Сейчас мозг все чаще отождествляют с компьютером: мозговую активность с шестеренками, нейронную сеть – с проводами. Объясняем, почему такое сравнение в корне неверно.

Стремительный прогресс в области цифровых технологий показывает, что машины обрабатывают все большие и большие объемы данных. Это и послужило почвой для рождения мифа: мы знаем, что мозг способен справляться со сложнейшими задачами и хранить большой объем информации в памяти. Однако главное отличие заключается в том, что мозг является живой, высокоорганизованной структурой, неотделимой от тела.

Компьютер обрабатывает полученные данные по заданным алгоритмам. В человеческом же мозге эти алгоритмы не заложены. Они формируются в процессе жизни и развития организма, и у каждого человека они уникальны. Именно поэтому мы все по-разному реагируем на одни и те же события, воспринимаем одни и те же произведения искусства и имеем разные пристрастия.

Кроме того, мозг не хранит точные копии данных, как компьютер – файлы. Наглядный пример – наша память. Наши воспоминания трансформируются: каждый раз, обращаясь в памяти к какому-то эпизоду, мозг по-разному интерпретирует хранящуюся информацию. На это влияет накопленный опыт и эмоциональное состояние. В связи с этим, у свидетелей одного и того же события со временем могут не совпадать воспоминания о нем.  

Наконец, мозг нельзя выключить или перезагрузить. То, что мы обычно подразумеваем под перезагрузкой – переключение внимания, мы перестаем концентрироваться на одних задачах, отвлекаясь на другие. Во сне же наш мозг работает даже активнее, чем в периоды бодрствования, обрабатывает и структурирует полученную информацию.

Человеческий мозг – подвижная структура, которая развивается или ослабевает в зависимости от нашей деятельности. Регулярные умственные нагрузки способствуют развитию когнитивных функций и, как следствие, повышению интеллекта. Тренируйте мозг и помните – нет предела совершенству!

 

blog.wikium.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о