Новосибірський державний технічний університет
Кафедра ВТ
Контрольна робота
з предмету «Інтерфейси ПУ»
на тему «Нейро-комп'ютерний інтерфейс»
Факультет: АВТФ
Група: ЗАМ-534
Студент: Соколов М.М.
Викладач: Міхашов А.І.
Новосибірськ - 2009
Введення
Наш світ заполонений як комп'ютерами, так і різного роду технікою. І їх взаємодія людина вже давно налагодив. Зараз, в основному, лише відладжуються ці зв'язки, щоб бути здатними відповідати все зростаючим запитам людини.
Але є в світі інтерфейсів ще одна ніша, яка перебуває ще на ранній стадії свого розвитку, але має вже чималі і багатообіцяючі результати. Від однієї думки про перспективи цієї сфери, часом, навіть мурашки по шкірі пробігають.
Всі ми звикли користуватися мишею і клавіатурою як посередниками між нами і машиною. Але, часом, приходить думка, що по суті без цих посередників цілком можна обійтися. Адже вони лише допомагають втілюватися нашим думкам в обчислювальній машині. А що якщо втілювати цю саму думку без посередників?
Ось цим вже не одне десятиліття і зайняті різні дослідницькі групи в різних кінцях світу. І результати їх досліджень показують, наскільки, виявляється, реальні сцени, показані в фантастичних кінофільмах, де люди взаємодіяли з комп'ютером через порт, імплантований в потилицю або навіть через звичайні окуляри.
На цю тему і піде мова у цій роботі - інтерфейси, здійснюють взаємодію людини і машини (будь то комп'ютер, інвалідна коляска або роботизована рука). Таким інтерфейсам навіть дана абревіатура - МКІ (нейро-комп'ютерний інтерфейс) в російськомовній літературі і BCI (brain-computer interface), рідше BMI (brain-machine interface) в англомовній.
Практична необхідність в такому інтерфейсі назріла давно. Десятки тисяч хворих вже зараз потребують подібному інтерфейсі. У першу чергу - це повністю паралізовані люди (з так званим locked-in синдромом), наприклад, деякі пацієнти з АЛС (у США, наприклад, їх загальна кількість досягає 30 тисяч чоловік); пацієнти з важкими формами церебрального паралічу; пацієнти з важкими інсультами та травмами. Можна очікувати, що в міру розвитку ця технологія може бути використана і іншими пацієнтами з менш пошкодженими системами руху, такими як квадроплегія.
Технології МКІ
Нейро-комп'ютерний інтерфейс (званий також прямий нейронний інтерфейс або мозкової інтерфейс, в англомовній літературі brain-computer interface, BCI) - фізичний інтерфейс прийому або передачі сигналів між живими нейронами біологічного організму (наприклад, мозком тварини) з одного боку, і електронним пристроєм ( наприклад, комп'ютером) з іншого боку. У односпрямованих інтерфейсах, пристрої можуть або приймати сигнали від мозку, або посилати йому сигнали (наприклад, імітуючи сітківку ока при відновленні зору електронним імплантантом). Двонапрямлені інтерфейси дозволяють мозку і зовнішнім пристроям обмінюватися інформацією в обох напрямках.
Всі існуючі технології МКІ можна розбити на два напрямки - безпосередню взаємодію з нейронами з імплантацією в тіло спеціальних пристроїв і зняття зовнішніх сигналів (в основному, імпульсів мозкової активності) за допомогою зовнішніх датчиків.
Вживлюються сенсори та електроди
Початок цього напрямку було покладено дослідами на тваринах. Взагалі вивчення нейропроцессов зазвичай починається з вивчення нейронів равликів, як найпростіших і великих клітин такого типу. Але у сфері МКІ результати, які мають набагато більше значення, з'явилися в результаті дослідів на мавпах.
Саме тоді намітився принциповий ривок у розвитку пристроїв, які здатні інтерпретувати «мозковий електрику», простіше кажучи, нейронні імпульси (і хвилі) в логічний ряд команд за допомогою звичайних алгоритмів і транслювати ці команди в обчислювальні пристрої.
Досліди на мавпах
У 2001 році Мігель Ніколеліс з університету Дюка (Durham, South Carolina) проводив одні з найвідоміших у цій галузі експерименти. Ніколеліс, вводячи електроди в мозок і «перекодіруя сигнали», зумів синхронізувати руху «руки» мавпи і «кіборг-руки» - штучного механізму, який повторює форму і функції «руки».
У 2004 році Річард Андерсен і його колеги з Каліфорнійського технологічного інституту (California Institute of Technology) навчилися за допомогою мозкових імплантатів «читати думки» мавп: пророкувати, що вони збираються робити, і навіть дізнаватися, наскільки їм це подобається. Пізнавальні мозкові сигнали такого високого рівня були розшифровані вперше.
Вчені впровадили в париетальную кору мозку мавпи 96 електродів, що дало можливість з 67-процентною точністю прогнозувати дії тварини. Точність передбачення досягла 88 відсотків, коли дослідники з'ясовували, яку саме нагороду мавпа хоче отримати за виконання завдання, наприклад, бажає вона сік чи воду.
У 2008 році був проведений ще один експеримент з мавпами. Ідеї та методи, придумані авторами, повинні допомогти медикам та інженерам в розробці протезів нового покоління з «уявним» управлінням.
Дві мавпи з імплантованими в мозок електродами навчилися керувати механічною рукою, що має 5 ступенів свободи, однією лише «силою думки». Успіх експерименту був забезпечений оригінальною методикою навчання, в ході якого контроль над штучною рукою поступово переходив від комп'ютерного «автопілота» до мавпи. При цьому «навчалося» не тільки тварина, але і програма, що інтерпретує мозкові імпульси і перетворююча їх в рухи механічної руки.
Імплантація імплантантів в людину
У жовтні 2004 року американська компанія Cyberkinetics завершила розпочате в червні 2004 року випробування своєї системи BrainGate: чіп, впроваджений в мозок 24-річного паралітика, дозволив йому «силою думки» управляти телевізором і комп'ютером, зокрема - користуватися електронною поштою, грати в комп'ютерні ігри .
Чіп BrainGate впроваджується безпосередньо в кору головного мозку. На думку авторів пристрою, це більш ефективно, ніж інші підходи, які використовуються творцями аналогічних за призначенням інтерфейсів людина-машина (зовнішні електроди, зняття мозкових хвиль). Хірурги впровадили чіп у певний «моторний» ділянку кори мозку. Це пристрій знімає сигнал одночасно зі ста нейронів.
За допомогою спеціальних програм ця людина змогла грати в деякі комп'ютерні ігри, читати і відправляти електронну пошту, управляти телевізором виключно за допомогою «сили думок».
У 2006 році група нейрохірургів, нейробіологів і інженерів з Університету Вашингтона в Сент-Луїсі, США (Washington University in St. Louis) провела експеримент, головним учасником якого став підліток, що страждає на епілепсію. Щоб виявити ділянку мозку, в якому зароджуються епілептичні припадки, підлітку хірургічним шляхом помістили на поверхню мозку мережа електродів. Електричні імпульси з поверхні мозку передаються в комп'ютер і аналізуються за допомогою спеціальних програм.
Дослідники скористалися цією ситуацією і розробили спеціальне програмне забезпечення, що дозволяє підлітку керувати рухом курсору на моніторі силою уяви. Підліток швидко освоїв уявне керування комп'ютером. Не торкаючись до клавіатури і не здійснюючи взагалі ніяких рухів, він грає у популярну в 70-і роки гру Atari's Space Invaders, в якій потрібно з гармати розстрілювати спускаються з неба космічних прибульців.
У 2009 році Група вчених з Університету Брауна (Brown University) в Род-Айленді приступила до другої фази випробувань на людях в сфері BCI. Кілька надтонких електродів імплантуються у мозок пацієнта. Нервові імпульси випускаються мозком прилад перетворює в команди для комп'ютера. Пацієнт силою думки буде здатний пересувати курсор мишки або іншими підключеними пристроями.
Проблеми методики імплантації датчиків
Незважаючи на всі переваги методу імплантації електродів і чіпів безпосередньо в головний мозок, є у нього і значні недоліки.
Найбільш очевидний недолік в тому, що при використанні «контактного» варіанту істотна небезпека інфекції.
Інший мінус помічений у процесі експериментів. Імплантати, в основному, вимагає значного часу настройки перед включенням, та й саме управління дається нелегко.
Найбільш явно недоліки проявляються при маніпуляціях з курсором на екрані. Таке, здавалося б, нескладне дію - перемістити курсор і вибрати об'єкт - реалізується не без зусиль. В одному з варіантів такої технології для пересування потрібно 2,5 секунди (звичайний користувач робить аналогічне переміщення за одну), а попадання на потрібний об'єкт відбувається тільки в 73-95% випадків (а в нормі - практично 100%).
В одній статті в Nature фахівцями з Стенфордського університету (Stanford University) висловлена трохи відрізняється концепція сенсора, який була б набагато зручніше.
Суть ідеї полягає в тому, що потрібно отримувати сигнали зовсім не від нейронів, відповідальних за рух, а з тих зон кори, що відповідають за намір вчинення дій. Це могло б зробити роботу системи набагато більш швидкою.
Наприклад, щоб зробити що-то з об'єктом на екрані, зовсім не потрібно рухати до нього курсор - досить подумки призначити потрібний об'єкт, що знаходиться в полі зору, і курсор відразу ж, без жодних переміщень, опиниться там, де потрібно.
Ще одна проблема полягає в тому, що електроди, впроваджені в мозок, ушкоджують тканини. Причому руйнування відбувається не тільки в момент введення електрода, а й за його перебування в мозку.
Вдіяти з цим нічого не можна, адже зараз електроди металеві, але навіть якщо їх виготовляти з м'якших матеріалів, вони все одно будуть травмувати. І навіть якщо це не шкодить нервовій системі, то заважає роботі самого електрода: у місці його впровадження утворюється рубцева тканина, яка погіршує контакт. Через це, через якийсь час, мозок починає гірше сприймати імпульси від зовнішнього обладнання.
Існують спроби вирішити цю проблему. Наприклад, вчені з дослідницького колективу одного Клівлендського медичного центру вважають, що впоратися з проблемою допоможе біоміметичні (тобто наслідує живої природи) стратегія. За їх думки, для електродів потрібно використовувати матеріал, який буде, як і годиться, «встромлятися» в кору мозку, а потім розм'якшуватися. Цікаво, що цей матеріал вони розробили, спираючись на знання про структуру шкіри морського огірка.
Як можна дізнатися з їх статті, що вийшла в журналі Science, полімер, створений вченими, у звичайному стані за твердістю нагадує пластик, з якого роблять компакт-диски. В іншому стані він порівнянний з м'якою гумою. Щоб зменшити твердість матеріалу, потрібно всього лише опустити його в очищену воду. Приємно те, що "переключення" між цими станами відбувається досить швидко.
У реальності, швидше за все, нічого в воду занурювати не доведеться: організм містить достатньо рідини, яка чудово розм'якшить електрод на основі полімеру. А в разі нейрохірургічних операцій її роль зможе зіграти спинномозкова рідина.
На жаль, творці нового полімеру нічого не розповіли про те, яка електропровідність їх матеріалу. Адже вона повинна бути високою, тому що електрод на те й потрібен, щоб проводити струм. Звичайно, можна просто зробити шматочок такого полімеру, з вставленими всередину тонкими металевими проводками (які, в принципі, м'які самі по собі). Можна використовувати і бактеріальні дроти, але це вже зовсім фантастика.
Зовнішні датчики
Вищеназвані проблеми спонукають замислюватися про інші підходи до створення МКІ. Головною альтернативою тут безумовно є зовнішнє детектування мозкових імпульсів людини.
Способи отримання інформації про стан мозку тут різняться. Ось основні з них:
електроенціфалографія;
функціональна магнітно-резонансна інтроскопія;
оптична друкарня (інфрачервоне детектування потоків крові).
Суть підходу на основі ЕЕГ
Мозкові ритми - електричні процеси, що протікають в мозку, які характеризуються амплітудою і частотою, що дозволяють визначити ступінь збудженості / активності мозку, а відповідно, - і стан свідомості.
Амплітуда вимірюється в мікровольтах. Частота вимірюється в герцах. По частотних характеристиках мозкові ритми поділяються відповідно до літерами грецького алфавіту. Так, дельта-ритми - найповільніші, тобто низькочастотні (до 1-2Гц). Тета-ритми мають частоту 3-6Гц, альфа-ритми-7-13Гц, далі йдуть бета-ритми - найшвидші, від 14Гц і вище.
Будь-який рух, сприйняття чи внутрішня розумова діяльність пов'язані з певним паттерном активації нейронів, які взаємодіють один з одним за допомогою електричних імпульсів. Ці струми створюють електромагнітне поле, яке можна зареєструвати зовні голови за допомогою методів електроенцефалографії (ЕЕГ) і магнітоенцефалографії (МЕГ).
Метод ЕЕГ, розроблений Гансом Бергером у 1929 році, протягом багатьох років успішно використовується для 3 цілей:
діагностики неврологічних розладів у клініках і шпиталях;
для дослідження функцій мозку у нейрофізіологічних лабораторіях;
для терапевтичних цілей на основі біологічного зворотного зв'язку.
Очевидно, що в основі МКІ на основі ЕЕГ має лежати розпізнавання патернів біопотенціалів мозку. Якщо випробуваний може змінювати характер своїх біопотенціалів, наприклад, виконуючи певні розумові завдання, то система МКІ могла б транслювати ці зміни в контрольні коди, наприклад з переміщення курсору миші на екрані комп'ютера або руки робота-маніпулятора. Також ці коди можна використовувати для вибору літер на «віртуальній клавіатурі» або для контролю інвалідної коляски.
До складу МКІ системи на основі ЕЕГ входять:
Електроди для відведення біопотенціалів. Мінімальна кількість - 2, частіше записи роблять за допомогою 21, 64 і навіть 128 каналів. При великій кількості електродів використовують електродні шоломи для швидкості установки та збільшення точності позиціонування електродів над певними полями мозку, а також відтворюваності їх розташування від експерименту до експерименту.
Підсилювач біопотенціалів, що підключається до комп'ютера або безпосередньо (наприклад, через USB порт), або через інтерфейсну A / D карту.
Персональний комп'ютер для реєстрації сигналів та їх обробки. Так як у багатьох системах використовується елементи biofeedback, то або цей же комп'ютер, або додатковий ПК показує випробуваному стимули і результати розпізнавання, наприклад, текст, що вводиться.
Програмне забезпечення для реєстрації та обробки ЕЕГ, розпізнавання патернів і пред'явлення стимулів і результатів розпізнавання.
Ключові події в історії розвитку методики
Фахівці берлінського Інституту комп'ютерної архітектури та програмних технологій Фраунгофера (Fraunhofer Institute for Computer Architecture and Software Technology) розробили пристрій, що дає можливість маніпулювати об'єктами на екрані комп'ютера, читаючи сигнали людського мозку за допомогою датчиків.
Метою їх було створення пристрою, керованого мозком, яке б дало можливість людям з обмеженою рухливістю спілкуватися із зовнішнім світом. Навіть якщо людина повністю паралізований і не може рухати очима, його мозок виробляє сигнали, які знімаються 128 датчиками. За допомогою програмного забезпечення фільтруються специфічні імпульси, які розпізнаються і визначають необхідні дії.
Система здатна самонавчатися і ідентифікувати «палітри» сигналів для кожної особистості індивідуально. Зараз Brain Computer Interface дозволяє, пересуваючи подумки курсор, вибирати необхідні букви на екрані.
Для набору фрази потрібно від 5 до 10 хвилин. Ще складніше з датчиками - для їх установки потрібно приблизно годину. Спікер інституту Мірьям Краплі (Mirjam Kaplow) говорить, що стрибок у розвитку даної технології станеться, коли вони розроблять безконтактні датчики. Даний пристрій буде виглядати як шолом, з його допомогою можна буде також проводити діагностику постраждалих хворих на місці події.
Вчені зі Швейцарії (EPFL, IDIAP) та Іспанії (CREB), за своєю спеціалізацією одні з кращих у світі. Відмовившись від агресивного методу «розкриття черепних коробок», вчені взяли за основу електроенцефалограму. ЕЕГ взяли лише за основу, тому що процедура замішана на альфа-ритмах і вимагає, щоб пацієнт закрив очі і розслабився, а цей варіант для досягнення поставленої мети не підходить.
Тому для аналізу отриманих даних про активність мозку було розроблено програмне забезпечення під назвою «нейроклассіфікатор», яке в режимі реального часу розпізнає певні зразки сигналів. Простіше кажучи, команди.
Як заявив директор IDIAP Жан-Альбер Феррес (Jean-Albert Ferrez), їхня технологія розшифровки мозкових ритмів дозволяє комп'ютеру визначити, чи думає людина про обчисленнях, а будь-якому місці, про колір або про вечерю. Однак, про який саме кольорі людина думає, комп'ютер визначити не в змозі.
Рішення допомогти інвалідам було прийнято не випадково. З двох причин: по-перше, паралізовані люди в такій техніці особливо потребують, по-друге, для них її зробити простіше, ніж для здорових.
А ням мозку людини, прикутого до крісла, не така «гучна», більше рухів - більше думок і станів, якість сигналів знижується.
У 2006 році Міжнародний інститут передових телекомунікаційних досліджень (ATR), розташований неподалік Кіото, спільно з компанією Honda, розробив і продемонстрував у дії новий тип зв'язку між людиною і машиною. Робот-маніпулятор підпорядковувався думкам випробуваного, без жодної видимої зв'язку з ним.
BMI заснований на щомиті аналізі картини активності ділянок мозку, що отримується через магніторезонансної сканування, а також на хитромудрої програмі, яка за цими даними обчислює нервові сигнали в мозку, розпізнаючи по них виконуються людиною руху (кисті і пальців).
Нехай затримка між жестом людини і повторенням руху маніпулятором становила приблизно 7 секунд, все одно досягнення вражає. Тим більше, що точність розпізнавання досягла 85%.
Автори цього експерименту особливо підкреслюють два моменти, які відрізняють їх досягнення від подібних ранніх робіт: тут немає електродів, впроваджених у мозок, і навіть просто контактів (якими знімають енцефалограму, наприклад), та й взагалі - будь-якого дотику з людиною.
І що ще цікавіше, правильне розпізнавання жестів машиною відбувається в реальному часі, з першої спроби і на нетренованим "піддослідному". Раніше людям доводилося старатися, щоб отримати від машини, що зчитує мозкову діяльність, однозначно чітку і видиму реакцію на свої думки - потрібне рух кульки на екрані комп'ютера або ще щось подібне.
У тому ж році Пітер Бруннер і його колеги в медичному дослідницькому центрі штату Нью-Йорк (Wadsworth Center) розробили черговий варіант інтерфейсу мозок-комп'ютер, що дозволяє паралізованим людям силою думки складати електронні листи.
Бруннер зосередився на проблемі уявного листи і, схоже, його система працює найбільш чітко і швидко серед всіх колишніх аналогів.
Спеціальна «шапка» з 24 електродами знімає картину діяльності мозку. Доброволець сидить напроти екрану комп'ютера і дивиться на таблицю з літерами. Машина хаотично підсвічує їх, з досить великою частотою.
Кожного разу, коли пляма підсвічування потрапляє на ту букву, про яку думає експериментатор, його мозок посилає трохи сильніший сигнал. Після кількох збігів (для вірності), тобто, приблизно через 15 секунд, комп'ютер ставить цю букву в лист, і людина починає дивитися на нову літеру.
Можливо, це невисокий темп, у порівнянні з нормальним листом. Але для паралізованого пацієнта, наприклад, така апаратура стане справжнім скарбом, що дозволяє спілкуватися зі світом.
Приклади успішних розробок
Витоки. У 1988 році Фарвель і Дончине (Farwell 1988) вперше реалізували систему "віртуальної клавіатури», що дозволила друкувати текст, розпізнаючи компонент Р300 при зніманні зорових викликаних потенціалів (ВП). Після цього було розроблено багато різних модифікацій BCI систем зі зростаючими можливостями, вже знайшли своє застосування як в клініці для спілкування з пацієнтами, повністю втратили можливість руху (Birbaumer 1999), так і інноваційні технологічні проекти з дистанційного управління роботами (Mill á n 2004) .
BrainGate
Меттью Нейгл (Matthew Nagle), колишня футбольна зірка з Веймута (штат Массачусетс), виявився паралізованим від плечового пояса і нижче після того, як під час бійки у 2001 році отримав ножове поранення, безнадійно травмировавшее спинний мозок.
Через деякий час йому запропонували взяти участь в експерименті, який міг би частково вирішити проблему його знерухомленості. Для дослідження використовували систему BrainGate, що розробляється американською компанією Cyberkinetics Neurotechnology Systems.
Загальний принцип роботи такого пристрою нескладний. Сигнали, які формуються в мозку, передаються через сенсор - квадратну платівку чотири на чотири міліметри з сотнею крихітних електродів. Ці електроди являють собою крихітні міліметрові металеві голочки, проникаючі безпосередньо в кору мозку.
Цей сенсор контактує з моторної зоною кори головного мозку, що відповідає за рух лівої руки, і з'єднується з роз'ємом, укріпленим у отворі в черепній коробці.
При спробі зробити якийсь рух в моторній зоні виникає електричний імпульс, який передається через вживлені електроди в комп'ютер.
Коли потрібно почати експеримент і задіяти якусь зовнішню пристрій, технік підключає до гнізда кабель, що веде до комп'ютера. Якщо під час підключення Метт спробує уявити собі рух власної руки, то сенсор «підслухає» сигнали рухових нейронів, які активуються в той момент, і передасть їх на приєднаний пристрій, наприклад, монітор або робот-протез.
Першим у світі людиною з мозковим імплантатом і став 25-річний Меттью Нейгл. За допомогою імплантованого пристрою він отримав можливість управляти курсором на екрані, читати електронну пошту, грати в нескладні відеоігри і навіть щось малювати. Ще він навчився перемикати канали і гучність телевізора і ворушити електромеханічної рукою, ні зробивши для цього жодного руху.
Рука EMAS
Кемпбелл Ейрда позбувся правої руки в 1982 році: її довелося ампутувати по плече, щоб зупинити рак м'язів. І коли в 1993 році групі дослідників з відділення ортопедичної хірургії Единбурзького університету (Edinburgh University Department of Orthopaedic Surgery) знадобився випробувач щойно створеної електронної руки EMAS (Edinburgh Modular Arm System), Ейрда записався добровольцем. За словами Ейрда, біонічна рука дала йому можливість повернутися до улюбленого хобі - політати на спортивному літаку. А також позайматися в тирі стріляниною.
Над EMAS з 1987 року під керівництвом Девіда Гоу (David Gow) працює група з чотирьох біоінженерів.
Біонічним протез називається, тому що за допомогою техніки відновлює біологічну функцію. На відміну від всіх інших електромеханічних рук EMAS відрізняє можливість обертання у плечі, тоді як раніше рухливість обмежувалася двома основними вузлами - ліктем і зап'ястям.
Точно не відомо, яким чином Ейрда керував EMAS. Ніби як система «підбирає» нервові імпульси або слабкі струми, що виходять від м'язів плеча. (А не від мозку). Ці сигнали електроніка «перекладає» в певні рухи.
BMI від Honda
Дослідницький інститут Хонда (Honda Research Institute) у співпраці з Advanced Telecommunications Research (ATR) та корпорацією Шімадзу (Shimadzu Corporation) домоглися управління роботів за допомогою людського мозку, так званого мозкового-машинного інтерфейсу (Brain Machine Interface).
Для цього людині на голову одягається шапочка, яка за допомогою датчиків для вимірювання електричного потенціалу шкіри, мозкового кровотоку знімають сигнал від людини і передають роботу. А робот, відповідно повинен виконувати ці команди. Прийом, обробка сигналу і виконання команди роботом займає кілька секунд.
Дана технологія не нова, з нею вже давно експериментують. Проте, розробники стверджують, що дана технологія сьогодні досягає найвищої в світі точності виконання роботом уявних наказів людини - точність до 90%, причому без необхідності в тривалої спеціальної підготовки людини. Звичайно, технологія поки недосконала: наприклад, потрібно кілька годин часу для адаптації системи під кожного конкретного користувача.
Передбачається, що ця технологія згодом може дозволити мільйонам інвалідів керувати роботами або інвалідними колясками, а також дасть безліч інших можливостей.
Mindball
Mindball - настільна гра для двох гравців, в якій вони повинні за допомогою електричної активності свого мозку управляти рухами що котиться по столу м'ячика. Гра проводиться шведською компанією Interactive Productline. Гравці надягають на лоб пов'язки з датчиками, що реєструють активність різних ділянок мозку. Ця система заснована на електроенцефалографії (ЕЕГ), тобто - реєстрації біоелектричної активності окремих зон, областей і часток мозку. Датчики відстежують альфа-і тета-хвилі мозку, які виходять при інтенсивній концентрації і глибокого розслаблення. Датчики пов'язані з комп'ютером, який за допомогою захованих під столом магнітів управляє переміщенням сталевого м'ячика по ігровому полю.
Перемагає той, хто зуміє максимально розслабитися. У цьому випадку м'яч покотиться до воріт противника.
Електроенцефалограми гравців чітко відображаються на моніторі, що робить Mindball справжнім видовищем для публіки, яка бачить не тільки катається м'ячик і особи гравців, але і «наукові» діаграми.
NIA
У березні на виставці CeBIT 2008 компанія OCZ продемонструвала на своєму стенді ігровий маніпулятор, названий Neural Impulse Actuator (NIA). На відміну від минулорічної виставки, де був представлений прототип NIA, в цьому році OCZ показала вже повністю готове до серійного виробництва виріб.
Зовні маніпулятор NIA виглядає як м'який обруч з вмонтованими датчиками, що надягає на голову користувача. За допомогою тонкого дроту він приєднується до апаратного блоку, який, у свою чергу, підключається до USB-порту комп'ютера.
Робота NIA заснована на застосуванні так званого нейронного інтерфейсу (NI). Це означає, що формування керуючих команд, які передаються в комп'ютер, здійснюється шляхом перетворення біопотенціалів, зчитувальних спеціальними датчиками з голови користувача. Конструкція маніпулятора дозволяє аналізувати м'язову, шкірну і нервову активність користувача, включаючи симпатичні і парасимпатичні компоненти.
За словами творців, одним з основних переваг контролера NIA в порівнянні з мишами і клавіатурами є значне (у 1,5-2 рази) скорочення часу реакції користувача на зміни ігрової обстановки. Крім того, як пояснили співробітники OCZ, маніпулятор здатний підлаштовуватися під особливості конкретного користувача. Через один-два тижні регулярної експлуатації точність інтерпретації дій значно підвищується. Втім, в даний час NIA позиціонується не як повноцінна альтернатива традиційним пристроїв введення, а як їх доповнення.
Інші розробки
Добеллевскім інститутом (Dobelle Institute, www.dobelle.com) ще з 70-х років розробляється система штучного зору Artificial Vision System, призначена для відновлення зору в сліпих. Система ця представляє собою мініатюрну відеокамеру, закріплену на оправі очок.
Сигнал з камери обробляється портативним комп'ютером і передається на роз'ем, вмонтований в задній частині черепа пацієнта. Звідти він, за допомогою імплантованих електродів, надходить безпосередньо в область мозку, що відповідає за зір (visual cortex).
Звичайно, про повне відновлення зору мова не йде - пацієнти бачать тільки щось на зразок білих точок, які окреслюють предмети (так звані phosphenes). Однак, навчившись інтерпретувати навіть таку неповну візуальну інформацію, деякі з них вже можуть вільно переміщатися по приміщенню і навіть повільно водити машину (правда, тільки на території інституту). Швидкість оновлення кадрів становить від 1 до 5 у секунду.
Операція вже проводиться комерційно і оцінюється приблизно в $ 120 тис. Треба сказати, що дана технологія дозволяє повернути зір тільки людям, які втратили його внаслідок нещасних випадків - тобто тих, хто вже «умів бачити» раніше.
Технологічний університет в Сіднеї (University of Technology, Sydney) залучив $ 250 тисяч інвестицій з незвичайного джерела - від Panthers Entertainment Group, компанії працює в індустрії розваг.
Таким чином, мова йде про розробку і продажу іграшок, роботів або автомобілів, якими діти будуть керувати не за допомогою пульта дистанційного управління, а своїм мозком.
На виставці побутової електроніки CES 2009 у Лас-Вегасі була продемонстрована нова гра Mindflex, яка полягає в тому, що за допомогою спеціальних датчиків, що прикріплюються на скронях і вухах, гравець може однією силою думки переміщувати у просторі легкий кульку з піни. Сенс гри полягає в тому, щоб зусиллям волі утримати кульку на вазі, провести його крізь смугу перешкод і не дати йому впасти.
Висновки
Розробки в області МКІ набирають темп. Якщо в 1994 році було лише 6 дослідницьких груп, що займалися BCI, то на перший міжнародний з'їзд по BCI у 1999 році приїхали дослідники з 2-х десятків лабораторій. На другому з'їзді в 2002 році були дослідники, які представляли 38 дослідницьких груп, включаючи США, Німеччину, Китай, Фінляндії, Швейцарії, Англії, Канади та ін
Зростає і фінансування цих розробок:
У 1999-2001 роках Європейський Союз профінансував міжнародний проект по створенню адаптивної BCI системи, здатної до подальшого навчання в ході її використання - Adaptive Brain Interface (ABI).
Національний інститут здоров'я (NIH) США у 2002 році виділив $ 3.3 млн. на подальшу розробку клінічних BCI систем.
Американське Агентство передових дослідницьких проектів (DARPA), відоме своїм ключовим внеском в появу технології Інтернет, виділив $ 26 млн. на поліпшення технології інвазивної BCI.
Починаючи з 2001 року, раз на 2 роки проводиться змагання між МКІ системами.
Цей прогрес підігрівається величезним попитом на технології уявного управління:
медицина: штучні кінцівки, відновлення зору, управління інвалідним візком;
ігрова індустрія: управління традиційними іграми «силою думки» і нові типи ігор, засновані на властивостях мозкової активності;
управління технікою: роботи, традиційні і безпілотні транспортні засоби.
Ще років десять тому про пристрої, що дозволяють управляти комп'ютером силою думки, можна було прочитати лише у фантастичних романах. Однак ці та інші приклади цілком переконливо показують, що подібні технології не тільки існують насправді, але й готові до виходу на ринок.
Зрозуміло, на даному етапі очікувати чудес не варто: перші моделі мають досить скромними функціональними можливостями. Але це цілком закономірно: перші зразки мишей теж були далекі від досконалості. Існує навіть думка, що вже через 3-5 років комп'ютерна миша поступиться місцем новим інтерактивним засобів взаємодії людини з комп'ютером.
Одна з недавніх новин свідчить, що британські вчені створюють технологію, яка зможе передавати інформацію на всі п'ять органів чуття людини і, таким чином, цілком занурити його у віртуальну реальність. Перший віртуальний шолом з такими можливостями планується випустити протягом 3-5 років.
Його вартість складе близько $ 3 тис. Це означає, що подібну техніку вже в найближчі роки зможуть придбати багато людей.
А якщо ще врахувати рух до чіпізаціі населення Землі, то можна з упевненістю стверджувати - інтеграція людини і машини йде повним ходом. І, разом з захопленими вигуками, застережень з цього приводу так же пролунало не мало. Але ні те, ні інше на цей процес вже не вплине. Залишається тільки кожному вирішити, наскільки він дозволить машині стати частиною себе (або собі стати частиною машини).
Список використаної літератури
1. Вікіпедія (ru.wikipedia.org).
2. MEMBRANA (www.membrana.ru).
3. Елементи (www.elementy.ru).
4. Журнал «КомпьютерПресс» (www.compress.ru).
5. www.ve-group.ru.
6. www.neurobotics.ru