Новосибирскийгосударственный технический университет
КафедраВТ
Контрольнаяработа
попредмету «Интерфейсы ПУ»
натему «Нейро-компьютерный интерфейс»
Факультет:АВТФ
Группа:ЗАМ-534
Студент:Соколов М.Н.
Преподаватель:Михашов А.И.
Новосибирск– 2009
Введение
Нашмир заполонён как компьютерами, так и различного рода техникой. И ихвзаимодействие человек уже давно наладил. Сейчас, в основном, лишь отлаживаютсяэти связи, дабы быть способными отвечать всё возрастающим запросам человека.
Ноесть в мире интерфейсов ещё одна ниша, находящаяся ещё на ранней стадии своегоразвития, но имеющая уже немалые и многообещающие результаты. От одной мысли оперспективах этой сферы, порой, даже мурашки по коже пробегают.
Всемы привыкли пользоваться мышью и клавиатурой как посредниками между нами имашиной. Но, порой, приходит мысль, что по сути без этих посредников вполнеможно обойтись. Ведь они лишь помогают воплощаться нашим мыслям ввычислительной машине. А что если воплощать эту самую мысль без посредников?
Вотэтим уже не одно десятилетие и заняты различные исследовательские группы вразных концах мира. И результаты их исследований показывают, насколько,оказывается, реальны сцены, показанные в фантастических кинофильмах, где людивзаимодействовали с компьютером через порт, вживлённый в затылок или даже черезобычные очки.
Наэту тему и пойдёт речь в данной работе — интерфейсы, осуществляющиевзаимодействие человека и машины (будь то компьютер, инвалидная коляска илироботизированная рука). Таким интерфейсам даже дана аббревиатура — НКИ(нейро-компьютерный интерфейс) в русскоязычной литературе и BCI (brain-computerinterface), реже BMI (brain-machine interface) в англоязычной.
Практическаянеобходимость в таком интерфейсе назрела давно. Десятки тысяч больных ужесейчас нуждаются в подобном интерфейсе. В первую очередь – это полностьюпарализованные люди (с так называемым locked-in синдромом), например, некоторыепациенты с АЛС (в США, например, их общее количество достигает 30 тысяччеловек); пациенты с тяжелыми формами церебрального паралича; пациенты стяжелыми инсультами и травмами. Можно ожидать, что по мере развития этатехнология может быть использована и другими пациентами с менее поврежденнымисистемами движения, такими как квадроплегия.
Технологии НКИ
Нейро-компьютерныйинтерфейс (называемый также прямой нейронный интерфейс илимозговой интерфейс, в англоязычной литературе brain-computer interface, BCI) —физический интерфейс приёма или передачи сигналов между живыми нейронамибиологического организма (например, мозгом животного) с одной стороны, иэлектронным устройством (например, компьютером) с другой стороны. Воднонаправленных интерфейсах, устройства могут либо принимать сигналы от мозга,либо посылать ему сигналы (например, имитируя сетчатку глаза при восстановлениизрения электронным имплантантом). Двунаправленные интерфейсы позволяют мозгу ивнешним устройствам обмениваться информацией в обоих направлениях.
Всесуществующие технологии НКИ можно разбить на два направления — непосредственноевзаимодействие с нейронами с вживлением в тело специальных устройств и снятиевнешних сигналов (в основном, импульсов мозговой активности) с помощью наружныхдатчиков.
Вживляемые сенсоры и электроды
Началоэтого направления было положено опытами на животных. Вообще изучениенейропроцессов обычно начинается с изучения нейронов улиток, как самых простыхи крупных клеток такого типа. Но в сфере НКИ результаты, имеющие куда большеезначение, появились в результате опытов на обезьянах.
Именнотогда обозначился принципиальный рывок в развитии устройств, которые способныинтерпретировать «мозговое электричество», проще говоря, нейронные импульсы (иволны) в логичный ряд команд посредством обычных алгоритмов и транслировать этикоманды в вычислительные устройства.
Опыты на обезьянах
В2001 году Мигель Николелис из университета Дюка (Durham, South Carolina)проводил одни из самых известных в этой области эксперименты. Николелис, вводяэлектроды в мозг и «перекодируя сигналы», сумел синхронизировать движения«руки» обезьяны и «киборг-руки» — искусственного механизма, повторяющего формуи функции «руки».
В2004 году Ричард Андерсен и его коллеги из Калифорнийского технологического института(California Institute of Technology) научились с помощью мозговых имплантатов«читать мысли» обезьян: предсказывать, что они собираются делать, и дажеузнавать, насколько им это нравится. Познавательные мозговые сигналы такоговысокого уровня были расшифрованы впервые.
Учёныевнедрили в париетальную кору мозга обезьяны 96 электродов, что дало возможностьс 67-процентной точностью прогнозировать действия животного. Точностьпредсказания достигла 88 процентов, когда исследователи выясняли, какую именнонаграду обезьяна хочет получить за выполнение задачи, например, желает она сокили воду.
В2008 году был проведён ещё один эксперимент с обезьянами. Идеи и методы,придуманные авторами, должны помочь медикам и инженерам в разработке протезовнового поколения с «мысленным» управлением.
Двеобезьяны с вживленными в мозг электродами научились управлять механическойрукой, имеющей 5 степеней свободы, одной лишь «силой мысли». Успех экспериментабыл обеспечен оригинальной методикой обучения, в ходе которого контроль надискусственной рукой постепенно переходил от компьютерного «автопилота» кобезьяне. При этом «обучалось» не только животное, но и программа,интерпретирующая мозговые импульсы и преобразующая их в движения механическойруки.
Вживление имплантантов в человека
Воктябре 2004 года американская компания Cyberkinetics завершила начатое в июне2004 года испытание своей системы BrainGate: чип, внедрённый в мозг 24-летнегопаралитика, позволил ему «силой мысли» управлять телевизором и компьютером, в частности— пользоваться электронной почтой, играть в компьютерные игры.
ЧипBrainGate внедряется непосредственно в кору головного мозга. По мнению авторовустройства, это более эффективно, чем другие подходы, используемые создателямианалогичных по назначению интерфейсов человек-машина (внешние электроды, снятиемозговых волн). Хирурги внедрили чип в определённый «моторный» участок корымозга. Это устройство снимает сигнал одновременно со ста нейронов.
Спомощью специальных программ этот человек смог играть в некоторые компьютерныеигры, читать и отправлять электронную почту, управлять телевизоромисключительно с помощью «силы мыслей».
В2006 году группа нейрохирургов, нейробиологов и инженеров из УниверситетаВашингтона в Сент-Луисе, США (Washington University in St. Louis) провелаэксперимент, главным участником которого стал подросток, страдающий эпилепсией.Чтобы выявить участок мозга, в котором зарождаются эпилептические припадки,подростку хирургическим путем поместили на поверхность мозга сеть электродов.Электрические импульсы с поверхности мозга передаются в компьютер ианализируются при помощи специальных программ.
Исследователивоспользовались этой ситуацией и разработали специальное программноеобеспечение, позволяющее подростку управлять движением курсора на мониторесилой воображения. Подросток быстро освоил мысленное управление компьютером. Неприкасаясь к клавиатуре и не совершая вообще никаких движений, он играет впопулярную в 70-е годы игру Atari's Space Invaders, в которой нужно из пушки расстреливатьспускающихся с неба космических пришельцев.
В2009 году Группа ученых из Университета Брауна (Brown University) в Род-Айлендеприступила ко второй фазе испытаний на людях в сфере BCI. Несколько сверхтонкихэлектродов вживляются в мозг пациента. Нервные импульсы испускаемые мозгомприбор превращает в команды для компьютера. Пациент силой мысли будет способенпередвигать курсор мышки или другими подключенными устройствами.
Проблемы методики вживления датчиков
Несмотряна все достоинства метода вживления электродов и чипов непосредственно вголовной мозг, есть у него и значительные недостатки.
Самыйочевидный недостаток в том, что при использовании «контактного» варианта существеннаопасность инфекции.
Другойминус замечен в процессе экспериментов. Имплантаты, в основном, требуетзначительного времени настройки перед включением, да и само управлениедаётся нелегко.
Наиболееявно недостатки проявляются при манипуляциях с курсором на экране. Такое,казалось бы, несложное действие – переместить курсор и выбрать объект —реализуется не без труда. В одном из вариантов такой технологии дляпередвижения требуется 2,5 секунды (обычный пользователь делает аналогичноеперемещение за одну), а попадание на нужный объект происходит только в 73-95%случаев (а в норме — практически 100%).
Водной статье в Nature специалистами из Стэндфордского университета (StanfordUniversity) высказана чуть отличающаяся концепция сенсора, который была бынамного удобней.
Сутьидеи заключается в том, что нужно получать сигналы вовсе не от нейронов,ответственных за движение, а из тех зон коры, что отвечают за намерениесовершения действий. Это могло бы сделать работу системы намного болеебыстрой.
Кпримеру, чтобы сделать что-то с объектом на экране, совсем не нужно двигать кнему курсор – достаточно мысленно назначить нужный объект, находящийся в полезрения, и курсор сразу же, безо всяких перемещений, окажется там, где нужно.
Ещёодна проблема заключается в том, что электроды, внедрённые в мозг,повреждают ткани. Причём разрушение происходит не только в момент введенияэлектрода, но и при его нахождении в мозге.
Поделатьс этим ничего нельзя, ведь сейчас электроды металлические, но даже если ихизготавливать из более мягких материалов, они всё равно будут травмировать. Идаже если это не вредит нервной системе, то мешает работе самого электрода: вместе его внедрения образуется рубцовая ткань, которая ухудшает контакт.Из-за этого, спустя какое-то время, мозг начинает хуже воспринимать импульсы отвнешней аппаратуры.
Существуютпопытки решить эту проблему. Например, учёные из исследовательского коллективаодного Кливлендского медицинского центра считают, что справиться с проблемойпоможет биомиметическая (то есть подражающая живой природе) стратегия. По ихмысли, для электродов нужно использовать материал, который будет, как иполагается, «втыкаться» в кору мозга, а потом размягчаться. Интересно, что этотматериал они разработали, опираясь на знания о структуре кожи морского огурца.
Какможно узнать из их статьи, вышедшей в журнале Science, полимер, созданныйучёными, в обычном состоянии по твёрдости напоминает пластик, из которогоделают компакт-диски. В другом состоянии он сравним с мягкой резиной. Чтобыуменьшить твёрдость материала, нужно всего лишь опустить его в очищенную воду.Ценно то, что «переключение» между этими состояниями происходитдостаточно быстро.
Вреальности, скорее всего, ничего в воду окунать не придётся: организм содержитдостаточно жидкости, которая прекрасно размягчит электрод на основе полимера. Ав случае нейрохирургических операций её роль сможет сыграть спинномозговаяжидкость.
Увы,создатели нового полимера ничего не рассказали о том, какова электропроводностьих материала. Она ведь должна быть высокой, ибо электрод на то и нужен, чтобпроводить ток. Конечно, можно просто сделать кусочек такого полимера, свставленными внутрь тонкими металлическими проводками (которые, в принципе,мягкие сами по себе). Можно использовать и бактериальные провода, но это ужесовсем фантастика.
Внешние датчики
Вышеназванныепроблемы побуждают задумываться об иных подходах к созданию НКИ. Главнойальтернативой тут безусловно является внешнее детектирование мозговых импульсовчеловека.
Способыполучения информации о состоянии мозга здесь разнятся. Вот основные из них:
▪ электроэнцифалография;
▪ функциональнаямагнитно-резонансная интроскопия;
▪ оптическаятипография (инфракрасное детектирование потоков крови).
Суть подхода на основе ЭЭГ
Мозговыеритмы — электрические процессы, протекающие в мозге, характеризующиесяамплитудой и частотой, позволяющие определить степень возбуждённости/активностимозга, а соответственно, — и состояние сознания.
/> />
Амплитудаизмеряется в микровольтах. Частота измеряется в герцах. По частотнымхарактеристикам мозговые ритмы подразделяются в соответствии с буквамигреческого алфавита. Так, дельта-ритмы — самые медленные, то естьнизкочастотные (до 1-2Гц). Тета-ритмы имеют частоту 3-6Гц, альфа-ритмы— 7-13Гц,далее идут бета-ритмы — самые быстрые, от 14Гц и выше.
Любоедвижение, восприятие или внутренняя мыслительная деятельность связаны сопределенным паттерном активации нейронов, которые взаимодействуют друг сдругом посредством электрических импульсов. Эти токи создают электромагнитноеполе, которое можно зарегистрировать снаружи головы с помощью методовэлектроэнцефалографии (ЭЭГ) и магнитоэнцефалографии (МЭГ).
МетодЭЭГ, разработанный Гансом Бергером в 1929 году, в течение многих лет успешноиспользуется для 3 целей:
· диагностикиневрологических расстройств в клиниках и госпиталях;
· дляисследования функций мозга в нейрофизиологических лабораториях;
· длятерапевтических целей на основе биологической обратной связи.
Очевидно,что в основе НКИ на основе ЭЭГ должно лежать распознавание паттерновбиопотенциалов мозга. Если испытуемый может изменять характер своихбиопотенциалов, например, выполняя определенные умственные задачи, то системаНКИ могла бы транслировать эти изменения в контрольные коды, например поперемещению курсора мыши на экране компьютера или руки робота-манипулятора.Также эти коды можно использовать для выбора букв на «виртуальной клавиатуре»или для контроля инвалидной коляски.
Всостав НКИ системы на основе ЭЭГ входят:
· Электродыдля отведения биопотенциалов. Минимальное количество — 2, чаще записипроизводят с помощью 21, 64 и даже 128 каналов. При большом количествеэлектродов используют электродные шлемы для быстроты установки и увеличенияточности позиционирования электродов над определенными полями мозга, а такжевоспроизводимости их расположения от эксперимента к эксперименту.
· Усилительбиопотенциалов, подключаемый к компьютеру либо напрямую (например, через USBпорт), либо через интерфейсную A/D карту.
· Персональныйкомпьютер для регистрации сигналов и их обработки. Так как во многих системахиспользуется элементы biofeedback, то либо этот же компьютер, либодополнительный ПК показывает испытуемому стимулы и результаты распознавания,например, вводимый текст.
· Программноеобеспечение для регистрации и обработки ЭЭГ, распознавания паттернов ипредъявления стимулов и результатов распознавания.
Ключевые события в истории развития методики
Специалистыберлинского Института компьютерной архитектуры и программных технологийФраунгофера (Fraunhofer Institute for Computer Architecture and SoftwareTechnology) разработали устройство, которое даёт возможность манипулироватьобъектами на экране компьютера, читая сигналы человеческого мозга с помощьюдатчиков.
Цельюих было создание устройства, управляемого мозгом, которое бы дало возможностьлюдям с ограниченной подвижностью общаться с внешним миром. Даже если человекполностью парализован и не может двигать глазами, его мозг вырабатываетсигналы, которые снимаются 128 датчиками. При помощи программного обеспеченияотфильтровываются специфические импульсы, которые распознаются и определяютнеобходимые действия.
Системаспособна самообучаться и идентифицировать «палитры» сигналов для каждойличности индивидуально. Сейчас Brain Computer Interface позволяет, передвигаямысленно курсор, выбирать необходимые буквы на экране.
Длянабора фразы требуется от 5 до 10 минут. Ещё сложнее с датчиками — для ихустановки требуется примерно час. Спикер института Мирьям Каплов (MirjamKaplow) говорит, что скачок в развитии данной технологии произойдёт, когда ониразработают бесконтактные датчики. Данное устройство будет выглядеть как шлем,с его помощью можно будет также проводить диагностику пострадавших больных наместе происшествия.
Учёныеиз Швейцарии (EPFL, IDIAP) и Испании (CREB), по своей специализации одни излучших в мире. Отказавшись от агрессивного метода «вскрытия черепных коробок»,учёные взяли за основу электроэнцефалограмму. ЭЭГ взяли лишь за основу, потомучто процедура замешана на альфа-ритмах и требует, чтобы пациент закрыл глаза ирасслабился, а этот вариант для достижения поставленной цели не подходит.
Поэтомудля анализа полученных данных об активности мозга было разработано программноеобеспечение под названием «нейроклассификатор», которое в режиме реальноговремени распознаёт определённые образцы сигналов. Проще говоря, команды.
Какзаявил директор IDIAP Жан-Альбер Феррес (Jean-Albert Ferrez), их технологиярасшифровки мозговых ритмов позволяет компьютеру определить, думает ли человеко вычислениях, а каком-либо месте, о цвете или об ужине. Однако, о какомименно цвете человек думает, компьютер определить не в состоянии.
Решениепомочь инвалидам было принято не случайно. По двум причинам: во-первых,парализованные люди в такой технике особенно нуждаются, во-вторых, для них еёсделать проще, чем для здоровых.
Активностьмозга человека, прикованного к креслу, не такая «шумная», больше движений –больше мыслей и состояний, качество сигналов снижается.
В2006 году Международный институт передовых телекоммуникационных исследований(ATR), расположенный близ Киото, совместно с компанией Honda, разработал ипродемонстрировал в действии новый тип связи между человеком и машиной.Робот-манипулятор подчинялся мыслям испытуемого, без всякой видимой связи сним.
BMIоснован на ежесекундном анализе картины активности участков мозга, получаемойчерез магниторезонансное сканирование, а также на хитроумной программе,которая по этим данным вычисляет нервные сигналы в мозге, распознавая по нимвыполняемые человеком движения (кисти и пальцев).
Пустьзадержка между жестом человека и повторением движения манипулятором составлялапримерно 7 секунд, всё равно достижение впечатляет. Тем более, что точность распознаваниядостигла 85%.
Авторыэтого эксперимента особо подчёркивают два момента, отличающие их достижение отсходных ранних работ: здесь нет электродов, внедрённых в мозг, и даже простоконтактов (которыми снимают энцефалограмму, к примеру), да и вообще —какого-либо соприкосновения с человеком.
Ичто ещё интереснее, правильное распознавание жестов машиной происходит вреальном времени, с первой попытки и на нетренированном «подопытном».Ранее людям приходилось стараться, чтобы получить от машины, считывающеймозговую деятельность, однозначно чёткую и видимую реакцию на свои мысли —нужное движение шарика на экране компьютера или ещё что-то подобное.
Втом же году Питер Бруннер и его коллеги в медицинском исследовательском центрештата Нью-Йорк (Wadsworth Center) разработали очередной вариант интерфейсамозг-компьютер, позволяющий парализованным людям силой мысли составлятьэлектронные письма.
Бруннерсосредоточился на проблеме мысленного письма и, похоже, его системаработает наиболее чётко и быстро среди всех прежних аналогов.
Специальная«шапка» с 24 электродами снимает картину деятельности мозга. Доброволец сидитнапротив экрана компьютера и смотрит на таблицу с буквами. Машина хаотичноподсвечивает их, с довольно большой частотой.
Каждыйраз, когда пятно подсветки попадает на ту букву, о которой думаетэкспериментатор, его мозг посылает чуть-чуть более сильный сигнал. Посленескольких совпадений (для верности), то есть, примерно через 15 секунд,компьютер ставит эту букву в письмо, и человек начинает смотреть на новуюбукву.
Возможно,это невысокий темп, в сравнении с нормальным письмом. Но для парализованногопациента, к примеру, такая аппаратура станет настоящим сокровищем, позволяющимобщаться с миром.
Примеры успешных разработок
Истоки.В1988 году Фарвел и Дончин (Farwell 1988) впервые реализовали систему“виртуальной клавиатуры», позволившей печатать текст, распознавая компонентР300 при съеме зрительных вызванных потенциалов (ВП). После этого былоразработано много различных модификаций BCI систем со все возрастающимивозможностями, уже нашедшими свое применение как в клинике для общения спациентами, полностью утратившими возможность движения (Birbaumer 1999), так иинновационные технологические проекты по дистанционному управлению роботами(Millán 2004).
BrainGate
МэттьюНейгл (Matthew Nagle), бывшая футбольная звезда из Веймута (штат Массачусетс),оказался парализованным от плечевого пояса и ниже после того, как во времядраки в 2001 году получил ножевое ранение, безнадёжно травмировавшее спинноймозг.
Черезнекоторое время ему предложили поучаствовать в эксперименте, который мог бычастично решить проблему его обездвиженности. Для исследования использовалисистему BrainGate, разрабатываемую американской компанией CyberkineticsNeurotechnology Systems.
/>
Общийпринцип работы такого устройства несложен. Сигналы, которые формируются вмозге, передаются через сенсор — квадратную пластинку четыре на четыремиллиметра с сотней крошечных электродов. Эти электроды представляют собойкрошечные миллиметровые металлические иголочки, проникающие непосредственно вкору мозга.
Этотсенсор контактирует с моторной зоной коры головного мозга, отвечающей задвижение левой руки, и соединяется с разъёмом, укреплённым в отверстии вчерепной коробке.
Припопытке совершить какое-то движение в моторной зоне возникает электрическийимпульс, который передаётся через вживлённые электроды в компьютер.
Когданужно начать эксперимент и задействовать какое-то внешнее устройство, техник подключаетк разъёму кабель, ведущий к компьютеру. Если во время подключения Мэттпопытается представить себе движение собственной руки, то сенсор «подслушает»сигналы двигательных нейронов, которые активируются в тот момент, и передаст ихна подключённое устройство, например, монитор или робот-протез.
Первымв мире человеком с мозговым имплантатом и стал 25-летний Мэттью Нейгл. Спомощью вживлённого устройства он получил возможность управлять курсором наэкране, читать электронную почту, играть в несложные видеоигры и даже что-торисовать. Ещё он научился переключать каналы и громкость телевизора и шевелитьэлектромеханической рукой, ни сделав для этого ни одного движения.
Рука EMAS
КэмпбеллЭйрд лишился правой руки в 1982 году: её пришлось ампутировать по плечо, чтобыостановить рак мускулов. И когда в 1993 году группе исследователей из отделенияортопедической хирургии Эдинбургского университета (Edinburgh UniversityDepartment of Orthopaedic Surgery) понадобился испытатель только что созданнойэлектронной руки EMAS (Edinburgh Modular Arm System), Эйрд записалсядобровольцем. По словам Эйрда, бионическая рука дала ему возможность вернутьсяк любимому хобби — полетать на спортивном самолёте. А также позаниматься в тирестрельбой.
НадEMAS с 1987 года под руководством Дэвида Гоу (David Gow) работает группа изчетырёх биоинженеров.
Бионическимпротез называется, потому что с помощью техники восстанавливает биологическуюфункцию. В отличие от всех остальных электромеханических рук EMAS отличаетвозможность вращения в плече, тогда как ранее подвижность ограничивалась двумяосновными узлами — локтем и запястьем.
Точноне известно, каким образом Эйрд руководил EMAS. Вроде как система «подбирает»нервные импульсы или слабые токи, исходящие от мускулов плеча. (а не от мозга).Эти сигналы электроника «переводит» в определённые движения.
BMI от Honda
Исследовательскийинститут Хонда (Honda Research Institute) в сотрудничестве с AdvancedTelecommunications Research (ATR) и корпорацией Шимадзу (Shimadzu Corporation)добились управления роботов с помощью человеческого мозга, так называемогомозгово-машинного интерфейса (Brain Machine Interface).
Дляэтого человеку на голову одевается шапочка, которая с помощью датчиков дляизмерения электрического потенциала кожи, мозгового кровотока снимают сигнал отчеловека и передают роботу. А робот, соответственно должен выполнять этикоманды. Прием, обработка сигнала и выполнение команды роботом занимаетнесколько секунд.
Даннаятехнология не нова, с ней уже давно экспериментируют. Однако, разработчикиутверждают, что данная технология сегодня достигает самой высокой в миреточности исполнения роботом мысленных приказов человека – точность до 90%,причем без необходимости в длительной специальной подготовке человека. Конечно,технология пока несовершенна: например, нужно несколько часов времени дляадаптации системы под каждого конкретного пользователя.
Предполагается,что эта технология со временем может позволить миллионам инвалидов управлятьроботами или инвалидными колясками, а также даст множество других возможностей.
Mindball
Mindball— настольная игра для двух игроков, в которой они должны с помощьюэлектрической активности своего мозга управлять движениями катящегося по столумячика. Игра производится шведской компанией Interactive Productline. Игрокинадевают на лоб повязки с датчиками, регистрирующими активность различныхобластей мозга. Эта система основана на электроэнцефалографии (ЭЭГ), то есть —регистрации биоэлектрической активности отдельных зон, областей и долей мозга.Датчики отслеживают альфа— и тета-волны мозга, которые исходят при интенсивнойконцентрации и глубоком расслаблении. Датчики связаны с компьютером, который спомощью спрятанных под столом магнитов управляет перемещением стального мячикапо игровому полю.
Побеждаеттот, кто сумеет максимально расслабиться. В этом случае мяч покатится к воротампротивника.
Электроэнцефалограммыигроков чётко отображаются на мониторе, что делает Mindball настоящим зрелищемдля публики, которая видит не только катающийся мячик и лица игроков, но и«научные» диаграммы.
NIA
Вмарте на выставке CeBIT 2008 компания OCZ продемонстрировала на своем стендеигровой манипулятор, названный Neural Impulse Actuator (NIA). В отличие отпрошлогодней выставки, где был представлен прототип NIA, в этом году OCZпоказала уже полностью готовое к серийному производству изделие.
Внешнеманипулятор NIA выглядит как мягкий обруч с вмонтированными датчиками,надеваемый на голову пользователя. При помощи тонкого провода он подсоединяетсяк аппаратному блоку, который, в свою очередь, подключается к USB-портукомпьютера.
РаботаNIA основана на применении так называемого нейронного интерфейса (NI). Этоозначает, что формирование управляющих команд, которые передаются в компьютер,осуществляется путем преобразования биопотенциалов, считываемых специальнымидатчиками с головы пользователя. Конструкция манипулятора позволяетанализировать мышечную, кожную и нервную активность пользователя, включаясимпатические и парасимпатические компоненты.
Пословам создателей, одним из основных преимуществ контроллера NIA по сравнению смышами и клавиатурами является значительное (в 1,5-2 раза) сокращение времениреакции пользователя на изменения игровой обстановки. Кроме того, как пояснилисотрудники OCZ, манипулятор способен подстраиваться под особенности конкретногопользователя. Через одну-две недели регулярной эксплуатации точностьинтерпретации действий значительно повышается. Впрочем, в настоящее время NIAпозиционируется не как полноценная альтернатива традиционным устройствам ввода,а как их дополнение.
Другие разработки
Добеллевскиминститутом (Dobelle Institute, www.dobelle.com) еще с 70-х годовразрабатывается система искусственного зрения Artificial Vision System,предназначенная для восстановления зрения у слепых. Система эта представляетсобой миниатюрную видеокамеру, закрепленную на оправе очков.
Сигналс камеры обрабатывается портативным компьютером и передается на разъем,вмонтированный в задней части черепа пациента. Оттуда он, при помощи имплантированныхэлектродов, поступает непосредственно в область мозга, отвечающую за зрение(visual cortex).
Конечно,о полном восстановлении зрения речь не идет — пациенты видят только что-товроде белых точек, очерчивающих предметы (так называемые phosphenes). Однако,научившись интерпретировать даже такую неполную визуальную информацию,некоторые из них уже могут свободно перемещаться по помещению и даже медленноводить машину (правда, только на территории института). Скорость обновлениякадров составляет от 1 до 5 в секунду.
Операцияуже проводится коммерчески и оценивается примерно в $120 тыс. Надо сказать, чтоданная технология позволяет вернуть зрение только людям, потерявшим его врезультате несчастных случаев — то есть тех, кто уже «умел видеть» раньше.
Технологическийуниверситет в Сиднее (University of Technology, Sydney) привлёк $250 тысячинвестиций из необычного источника — от Panthers Entertainment Group, компанииработающей в индустрии развлечений.
Такимобразом, речь идёт о разработке и продаже игрушек, роботов или автомобилей,которыми дети будут управлять не с помощью пульта дистанционного управления, асвоим мозгом.
Навыставке бытовой электроники CES 2009 в Лас-Вегасе была продемонстрированановая игра Mindflex, которая заключается в том, что с помощьюспециальных датчиков, прикрепляемых на висках и мочках ушей, игрок может однойсилой мысли перемещать в пространстве легкий шарик из пены. Смысл игры состоитв том, чтобы усилием воли удержать шарик на весу, провести его сквозь полосупрепятствий и не дать ему упасть.
Выводы
Разработкив области НКИ набирают темп. Если в 1994 году было всего 6исследовательских групп, занимавшихся BCI, то на первый международный съезд поBCI в 1999 году приехали исследователи из 2-х десятков лабораторий. На второмсъезде в 2002 году были исследователи, представлявшие 38 исследовательскихгрупп, включая США, Германию, Китай, Финляндию, Швейцарию, Англию, Канаду и др.
Растети финансирование этих разработок:
· В1999-2001 годах Европейский Союз профинансировал международный проект посозданию адаптивной BCI системы, способной к дальнейшему обучению в ходе ееиспользования — Adaptive Brain Interface (ABI).
· Национальныйинститут здоровья (NIH) США в 2002 году выделил $3.3 млн. на дальнейшуюразработку клинических BCI систем.
· АмериканскоеАгентство Передовых Исследовательских Проектов (DARPA), известное своимключевым вкладом в появление технологии Интернет, выделило $26 млн. наулучшении технологии инвазивной BCI.
Начинаяс 2001 года, раз в 2 года проводится соревнование между НКИ системами.
Этотпрогресс подогревается огромным спросом на технологии мысленногоуправления:
· медицина:искусственные конечности, восстановление зрения, управление инвалиднойколяской;
· игроваяиндустрия: управление традиционными играми «силой мысли» и новые типы игр,основанные на свойствах мозговой активности;
· управлениетехникой: роботы, традиционные и беспилотные транспортные средства.
Ещелет десять тому назад об устройствах, позволяющих управлять компьютером силоймысли, можно было прочитать лишь в фантастических романах. Однако эти и другиепримеры вполне убедительно показывают, что подобные технологии не толькосуществуют на самом деле, но и готовы к выходу на рынок.
Разумеется,на данном этапе ожидать чудес не стоит: первые модели обладают весьмаскромными функциональными возможностями. Но это вполне закономерно: первыеобразцы мышей тоже были далеки от совершенства. Существует даже мнение, что ужечерез 3-5 лет компьютерная мышь уступит место новым интерактивным средствамвзаимодействия человека с компьютером.
Однаиз недавних новостей гласит, что британские ученые создают технологию, котораясможет передавать информацию на все пять органов чувств человека и, такимобразом, целиком погрузить его в виртуальную реальность. Первый виртуальныйшлем с такими возможностями планируется выпустить в течение 3-5 лет.
Егостоимость составит около $3 тыс. Это означает, что подобную технику уже вближайшие годы смогут приобрести многие люди.
Аесли ещё учесть подвижки к чипизации населения Земли, то можно с уверенностьюутверждать — интеграция человека и машины идёт полным ходом. И, наряду свосхищёнными возгласами, предостережений на этот счёт так же прозвучало немало. Но ни то, ни другое на этот процесс уже не повлияет. Остаётся толькокаждому решить, насколько он позволит машине стать частью себя (или себе статьчастью машины).
Список использованной литературы
1.Википедия (ru.wikipedia.org).
2.MEMBRANA (www.membrana.ru).
3.Элементы (www.elementy.ru).
4.Журнал «КомпьютерПресс» (www.compress.ru).
5.www.ve-group.ru.
6.www.neurobotics.ru