Изучение интерфейсов мозг-компьютер уходит корнями в учение Ивана Павлова об условных рефлексах и регулирующей роли коры головного мозга. Первый интерфейс мозг-компьютер был имплантирован в организм человека 1990-х годах в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе после почти двадцати лет испытаний на животных. Это были первые устройства, способные передавать биологическую информацию от тела человека к компьютеру, с помощью которых удалось восстановить поврежденные функции слуха, зрения, а также утраченные двигательные навыки. Сегодня многие научно-исследовательские проекты в России с помощью нейроинтерфейсов стараются решить проблемы людей с ограниченными возможностями. Однако существуют и другие проекты, например, компания МГУ и Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН NeuroG в 2011 года продемонстрировала первый в мире эксперимент по распознаванию воображаемых образов. Сегодня я расскажу о пяти российских нейроинтерфейсах в помощь человеку.
Нейроганитура
Сотрудники компании «Нейроботикс» и лаборатории нейроробототехники МФТИ создали серию нейрогарнитур Neuroplay. Устройство считывает электрические сигналы мозга с поверхности головы (ЭЭГ) в реальном времени и распознает от 2 до 8 состояний — команд в интерфейсе мозг-компьютер. Нейрогарнитуру можно использовать в реабилитации с биологической обратной связью — люди, в том числе имеющие ограниченные возможности здоровья, могут управлять играми, роботами и устройствами (например, инвалидной коляской). Различные варианты системы, от 4 до 8 каналов отведения, могут найти применение в образовании, маркетинговых исследованиях, тренировке когнитивных навыков для улучшения внимания и памяти, медитативных практиках для достижения релаксации и состояния ментального спокойствия. Особенность систем Neuroplay в том, что в ней используются сухие - безгелевые электроды, чтобы пользователь мог быстро надевать и снимать устройство, не пачкая голову гелем. В системе есть опция по подключению сразу нескольких устройств в одном помещении и таким образом мониторить состояния людей при занятии различной деятельностью например, образованием или спортом.
Роборука
Компания BiTronics Lab разработала протез руки, который способен самообучаться и правильно понимать команды человеческого мозга. Для этого он использует множество электродов считывания электрических сигналов с мышц. Несмотря на то, что такие высокотехнологичные протезы уже вышли за пределы лабораторий и производятся серийно, до сих пор сложной задачей остается научить пациента правильно управлять протезом. Лаборатория прикладных кибернетических систем и компания BiTronics Lab пытаются перевернуть эту проблему с головы на ноги, то есть «обучить» протез правильно понимать команды человеческого мозга. Поэтому в их протезе для считывания электрических потенциалов с мышц используется не одна пара электродов, а множество.
Нейрочат
Еще одним полезным решением для людей с ограниченными возможностями является Нейрочат — коммуникационная система, которая создаёт возможность сетевого общения людей, не имеющих сегодня возможности говорить и двигаться — с такими диагнозами, как: ДЦП, амиотрофический и рассеянный склероз, инсульт и различными нейротравмами. Нейрочат позволяет набирать текст на экране компьютера, не используя речь или движения. Пользователь, концентрируясь на нужной букве или символе на виртуальной клавиатуре, осуществляет “мысленный выбор” объекта. Так, буква за буквой или выбирая готовые слова на экране, человек может печатать как короткие сообщения, так и целые предложения.
Контроль качества сна
Саратовские ученые разрабатывают нейроинтерфейс для улучшения качества сна и контроля пробуждения. Нейроинтерфейс надевают перед сном, чтобы в процессе сна отслеживать состояние мозга и определять, в какой фазе сна находится человек. Как известно, для комфортного пробуждения человек должен проснуться в определенной фазе сна. Прибор осуществляет пробуждение пользователя в нужной фазе в определенных временных рамках, к примеру, не ранее, чем за час до установленного будильника. Кроме того, он позволит собрать информацию о динамике качества сна и использовать ее для корректирования своего режима.
Экзокисть на технологии машинного обучения
Экзокисть, созданная НИИ трансляционной медицины РНИМУ имени Пирогова, поможет людям, перенесшим инсульт, и жертвам аварий восстановить двигательную функцию рук и наладить механизм управления движением руки. Ключевой элемент реабилитации — алгоритм интерпретации данных интерфейса «мозг-компьютер», который основан на технологии машинного обучения. Изображение на экране компьютера помогает пациенту вообразить движение парализованной части тела. Одновременно алгоритм машинного обучения через электроэнцефалограмму распознает намерение человека сделать движение. Система передает управляющий сигнал на экзоскелет, который сжимает или разжимает парализованную конечность. Тем самым человек получает биологическую обратную связь сразу по двум каналам.
Несмотря на наличие готовых решений в области нейроробототехники, мы все еще находимся на старте их внедрения в жизнь. Однако происходит постепенное развитие нейроинтерфейсов, на которые возлагаются большие надежды. Эти технологии способны найти применение не только в быту, но и решить множество проблем в восстановлении и реабилитации пациентов с нарушениями нервной системы и двигательных функций.
Александр Зонов, научный сотрудник лаборатории нейроробототехники МФТИ