Российские ученые разработали прибор, читающий мысли парализованных людей

В это трудно поверить, но кажется, скоро мир перестанет быть прежним. Все то, что мы видели в фантастических фильмах и думали, что это чистейшая выдумка — начинает приходить в нашу жизнь.

Например, на днях, в научном журнале Nature вышла потрясающая статья, судя по которой человечество уже вплотную подошло к чтению мыслей друг друга. И хотя устройство еще не готово для повседневного использования, все идет к тому, что скоро это перестанет быть фантастикой.

И хотя может показаться, что вступление сильно преувеличено, на самом деле это не так. Так что же это за устройство, и как оно работает? Давайте разбираться.

Российские ученые разработали прибор, читающий мысли парализованных людей

Устройство для чтения мысле ближе, чем можно себе представить

Что нужно сделать, чтобы прочитать мысли человека?

Итак, для начала нам понадобится аппарат ECoG. Это почти как ЭЭГ (когда на голову надевают «шапочку» с электродами), с той лишь разницей, что электроды устанавливаются непосредственно на кору головного мозга.

Для этого в черепе необходимо просверлить дырки или сделать трепанацию. Звучит жутковато, но так точность измерений значительно увеличивается.

С помощью этого прибора ученые считывали мозговые волны во время эксперимента.

Российские ученые разработали прибор, читающий мысли парализованных людей

Так выглядит ЭЭГ. В ECoG электроды подключаются непосредственно к мозгу, но мы вам это показывать не будем

Мозговые волны — это сложные повторяющиеся шаблоны активности нашего головного мозга. Они проявляются когда мы видим сны, предаемся воспоминаниям, разговариваем и т.д.

В чем заключалась суть эксперимента: перед началом, четверых испытуемых попросили прочитать вслух или про себя около 50 предложений, которые состояли из определенного количества слов.

Это было необходимо для того, чтобы алгоритм, который считывал мозговые волны, четко понимал и отлавливал повторяющиеся слова. Схожие мозговые активности воспринимались алгоритмом как определенное слово.

На данном этапе экспериментов такое ограничение необходимо, но в будущем его, разумеется, не будет.

Важно понимать: Никакой записывающей и распознающей речь аппаратуры при эксперименте не применялось. Анализировались исключительно мозговые волны, полученные при исследовании

На основе полученных данных алгоритм составлял графики и переводил их в понятный для компьютера машинный код. Затем этот код передавался дальше и система преобразовывала поток данных в обычные слова. Таким образом система обучалась и сопоставляла сигналы мозговых волн с привычными нам словами.

Российские ученые разработали прибор, читающий мысли парализованных людей

Примерно так выглядят показания снятые с ECoG, которые затем преобразуются в цифровой код

На втором этапе эксперимента, когда алгоритм уже был обучен определенному набору слов, испытуемый должен был придумать фразу, используя эти же слова, и прочитать их вслух или про себя. Далее система считывала и анализировала мозговые волны и выдавала ту фразу, которую задумывал испытуемый. Согласитесь, это что-то фантастическое!

Российские ученые научились видеть мысли людей. Нейросеть воспроизводит картинки, на которые смотрит человек

Российские ученые разработали прибор, читающий мысли парализованных людей iStock

Исследователи компании «Нейроботикс» и Лаборатории нейроробототехники МФТИ научились воссоздавать изображения, которые человек видит в данный момент. Это делается при помощи считывания электрической активности мозга.

Разработку тестировали в 2 этапа. В первой части эксперимента исследователи случайным образом выбрали 5 роликов на YouTube из разных категорий — «абстракции», «водопады», «лица людей» и «скорость». Видео показывали испытуемым, одновременно проводилась электроэнцефалография. Ролики длились по 10 секунд, в сумме вся сессия записей у каждого испытуемого составляла 20 минут.

Российские ученые разработали прибор, читающий мысли парализованных людей «Нейробиотикс»

В первой части теста ученым удалось доказать, что частотные характеристики волновой активности (спектры) ЭЭГ для разных категорий видеороликов различаются. Это позволило анализировать реакцию мозга на видеоролики в режиме реального времени.

Вторая часть эксперимента была посвящена воспроизведению тех изображений, которые видели испытуемые. Две нейросети, разработанные учеными, хорошо справились и с этой задачей — создавали реалистичные кадры, по которым в 90% случаев можно было определить категорию видео.

Ранее Inc.

В россии создано устройство, позволяющее набирать текст силой мысли

Во втором квартале текущего года в серийное производство запустят российское устройство «Нейрочат», с помощью которого парализованные люди смогут набирать текст силой мысли.

«Нейрочат»-лауреат и вопрос цены

Устройство состоит из фиксирующейся на голове нейрогарнитуры «ГарАнт-ЭЭГ» и программы «Эргостим». Гарнитура оборудована беспроводным интерфейсом, а программа регистрирует, обрабатывает нейрофизиологические процессы пользователя и модифицирует их в команды для ПК или гаджета.

Процесс происходит следующим образом: на экране ПК появляется алфавит, пользователь сосредотачивается на необходимой ему букве, которая затем выбирается программой. Алгоритм повторяется, пока не получится слово, а при необходимости – целое предложение.

Пользователь получает возможность общаться не только с медработниками и родными, но и выходить в сеть.

На крупнейшей выставке CES Asia, проходившей в 2018 году в Шанхае, «Нейрочат» признали лучшим проектом в категории «здравоохранение». В марте 2019 года устройство планируется представить на конференции по нейротехнологиям  European Neuro Convention, которая состоится в Англии.

Уже выпущено «несколько сотен аппаратов», которые проходят тестирование в отечественных реабилитационных центрах. Стоимость «Нейрочата» пока не называется.

По словам директора НТИ «НейроНет» Александра Семенова, в дальнейшем, устройство может применяться не только в медицинских целях, но и занять свою нишу в развлекательной индустрии и даже в промышленном производстве.

Конкуренты и предшественники

По статистике ВОЗ, в мире примерно миллиард человек с ограниченными возможностями. Развитие современных технологий улучшает качество их жизни.

В 2016 году Американская компания LC Technologies презентовала устройство, позволяющее управлять ПК посредством глаз. Гаджет с прикрепленной специальной видеокамерой размещается перед пользователем. Глаза освещаются светодиодами, спектр которых практически идентичен инфракрасному.

Российские ученые разработали прибор, читающий мысли парализованных людей

Затем камера вычисляет точное расстояние между центром зрачка и светодиодной точкой на роговице. Это мизерное расстояние изменяется при движении глаза, что фиксируется камерой. После обработки данных программа распознает, куда конкретно смотрит человек.

По такому принципу функционирует и устройство, разработанное техасской компанией Origin Instruments: отражающая поверхность прикрепляется на голове, а камера отслеживает движения точки на ней.

Так человек управляет курсором на экране ПК или гаджета.

Для того, чтобы выделить необходимую информацию, надо лишь удерживать голову в одном положении на несколько секунд или воспользоваться переключателем, закрепленным в ротовой полости, сделав «вдох-выдох».

Есть конкуренты у «Нейротренда» и в России. Специалистами Института электронных управляющих машин (ИНЭУМ) разработан «Окулографический интерфейс» который фиксирует движения глаз.

Прибор может определить объект, на который обращен взор пользователя, и после анализа данных дает прогноз о его предполагаемых действиях в отношении предмета.

 Кроме того, в ИНЭУМ разработан «мозг-компьютер» который применяется при реабилитации людей с моторными нарушениями и протезированными конечностями.

Российские ученые разработали технологию для общения пациентов, парализованных после инсульта

Больные могут пользоваться компьютером с помощью мысленных усилий

1 сентября. ПРАВМИР. Российские ученые создали технологию, позволяющую пользоваться компьютером, набирать сообщения и управлять бытовыми приборами пациентам, которые не могут двигаться и общаться после перенесенного инсульта. Об этом сообщает РИА Новости со ссылкой на публикацию в научном издании «Журнал высшей нервной деятельности».

  • Технологию «Нейрочат» разработали ученые МГУ и Балтийского федерального университета совместно с клиницистами Центра патологии речи и нейрореабилитации и компанией «Нейротренд».
  • Технология основана на расшифровке намерений человека по электрической активности его мозга, которая регистрируется с кожной поверхности головы специально разработанным для этого удобным портативным беспроводным устройством.
  • По словам ученых, в исследовании, в отличие от большинства современных исследований и разработок в этой области, впервые участвовали постинсультные пациенты.

Руководитель работы, профессор МГУ Александр Каплан рассказал, что сейчас около 500 пациентов, обеспеченных «Нейрочатом», могут без голоса и движений набирать тексты, вести дневник, получать и отправлять почту, активировать звонки на нужные номера и управлять бытовыми устройствами. По его словам, с помощью технологии они могут одними мысленными усилиями научиться активировать иконки на экране компьютера, специально подготовленные для набора текстов, а также запускать команды для бытовых устройств.

Как сообщили ученые, во время исследования 18 из 19 постинсультных пациентов освоили набор текста, постепенно улучшили точность и скорость ввода команд, а также увеличили количество вводимых за сессию букв.

В дальнейшем авторы разработки планируют изучить опыт взаимодействия пациентов с коммуникационными нейроинтерфейсами и выявить наиболее перспективные подходы к реабилитации пациентов с нарушениями речи.

Поскольку вы здесь…

… у нас есть небольшая просьба. Статьи и материалы часто меняют жизни людей – обеспечивается доступ к лекарствам, дети-сироты обретают семьи, пересматриваются судебные дела, находятся ответы на сложные вопросы.

Правмир работает уже 16 лет – благодаря пожертвованиям читателей. Чтобы делать качественные материалы нужно оплачивать работу журналистов, фотографов, редакторов. Нам не обойтись без вашей помощи и поддержки.

Пожалуйста, поддержите Правмир, подпишитесь на регулярное пожертвование. 50, 100, 200 рублей — чтобы Правмир продолжался. А мы обещаем не сбавлять оборотов!

Читайте также:  Иглоукалывание: польза и вред для здоровья

Подписывайтесь на канал Правмира в Yandex.Zen

Российские ученые разработали экзокисть, управляемую силой мысли

Ученые НИИ трансляционной медицины РНИМУ имени Пирогова завершили разработку первой в мире экзокисти — перчатки, управляемой с помощью нейроинтерфейса (мысленными командами).

Новинка уже запущена в производство. Она поможет людям, перенесшим инсульт, и жертвам аварий не только восстановить двигательную функцию рук, но и наладить механизм управления движением конечностей.

У таких пациентов он бывает нарушен.

Как рассказал «Известиям» главный разработчик технологии, руководитель отдела нейрокомпьютерных интерфейсов НИИ трансляционной медицины Александр Фролов, ключевой элемент реабилитационного комплекса — созданный российскими учеными алгоритм интерпретации данных интерфейса «мозг-компьютер». Он основан на технологии машинного обучения (на этом же принципе работает идентификация лица хозяина в новом iPhone).

— Суть нашего подхода в том, чтобы стимулировать мозг человека воображать свои движения, когда он не может их выполнить. В результате такой тренировки запускаются пластические механизмы мозга, позволяющие сохранной его части взять функцию управления парализованной конечностью на себя, — рассказал Александр Фролов.

Изображение на экране компьютера помогает пациенту вообразить движение парализованной конечности.

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.

— В результате зрительной обратной связи пациент получает информацию, что интерфейс «мозг-компьютер» распознал намерение произвести движение. С другой стороны, он получает проприоцептивный (дающий представление о положении частей тела.

— «Известия») сигнал от мышц. Экзоскелет выполняет эти движения, но не благодаря мышечной активности пациента, а за счет интерпретации сигналов от его мозга.

Команда от мозга — воображение движения — подкрепляется исполнением этого жеста экзоскелетом, — пояснил Александр Фролов.

Подобная реабилитация может помочь как пациентам, перенесшим инсульт, так и больным с обширными травмами мозга. Разработка длилась три года, после чего было налажено серийное производство медицинского изделия.

Масштабные испытания комплекса, получившего название «Экзокисть-2», прошли на базе ведущих реабилитационных центров страны.

Как сообщил «Известиям» заведующий кафедрой неврологии Московского областного научно-исследовательского клинического института имени Владимирского Сергей Котов, реабилитационный комплекс показал «потрясающую эффективность».

Он значительно превосходит альтернативные технологии восстановления двигательной активности пациентов, перенесших инсульт.

— Мы включили в исследование больше сотни больных. Это позволило получить достоверные результаты, подтверждающие эффективность метода. Кисть после инсульта страдает больше всего. Это единственный метод, который позволяет заниматься с полностью парализованной кистью. Другие методы не позволяют этого, — отметил Сергей Котов.

По мнению ведущего научного сотрудника Института фундаментальной медицины и биологии Казанского федерального университета Рустема Хазипова, разработка российских ученых очень интересна.

— Это весьма перспективная технология, которая может быть эффективна для восстановления пациентов после инсульта. Похожие американские исследования показали удивительные результаты: у пациентов получалось держать чашку с кофе, даже играть на гитаре. Двигательная активность рук восстанавливалась с помощью подобных устройств, — рассказал Рустем Хазипов.

С марта этого года серийно производимое изделие будет поставляться в реабилитационные центры. Его ожидают в клиниках Новосибирска, Самары, Симферополя, Москвы и Московской области.

Экзоскелет, читающий мысли, помог паралитику вновь начать двигаться — BBC News Русская служба

  • Джеймс Галлахер
  • Обозреватель Би-би-си по вопросам науки

4 октября 2019

Подпись к видео,

Этот экзоскелет управляется силой мысли

Парализованному мужчине-параплегику (у него парализованы руки и ноги) удалось начать двигаться при помощи специально сконструированного экзоскелета, читающего мысли, сообщили французские исследователи.

Герой этой истории 30-летний Тибо сказал, что, когда делал первые шаги в своем экзокостюме, почувствовал себя «первым человеком на Луне».

Его движения, особенно, ходьба, пока далеки от совершенства, экзоскелет пока используется только в помещении лаборатории. Но ученые полагают, что эти технологии смогут однажды улучшить качество жизни пациентов.

Как это работает?

Автор фото, Fonds de dotation Clinatec

Подпись к фото,

Сенсоры и мозг

Тибо прошел через хирургическую операцию по установке двух датчиков-имплантатов на поверхность мозга. Имплантаты установлены на участки мозга, контролирующие двигательную активность.

Автор фото, Fonds de dotation Clinatec

Подпись к фото,

Сенсоры считывают команды мозга

Шестьдесят четыре электрода в каждом из имплантатов считывают команды мозга и передают инструкции компьютеру.

Автор фото, Fonds de dotation Clinatec

Подпись к фото,

Компьютер переводит волновые импульсы мозга в конкретные команды

Сложное компьютерное программное обеспечение считывает мозговые волны и превращает их в инструкции по управлению экзоскелетом.

Автор фото, Fonds de dotation Clinatec

Подпись к фото,

На Тибо надевают экзоскелет

На Тибо должен быть надет специальный экзоскелет.

Автор фото, Fonds de dotation Clinatec

Подпись к фото,

Вот так выглядит ходьба в экзоскелете…

Когда он думает о том, чтобы сделать шаг, он тем самым приводит в действие всю систему экзоскелета, и тот двигается вместе с ногами Тибо.

Автор фото, Fonds de dotation Clinatec

Подпись к фото,

…а так — движения рук

Наш герой может контролировать каждую из своих рук, двигая ими в трехмерном пространстве.

Насколько легко было использовать экзоскелет?

Тибо, который не захотел раскрывать свою фамилию, работал мастером-оптиком. Четыре года назад он упал с 15-метровой высоты в результате инцидента в ночном клубе.

Травма спинного мозга привела к параличу, два года Тибо провел в больнице.

Но в 2017 году он принял участие в испытании экзоскелета вместе с биомедицинским исследовательским центром Clinatec и университетом Гренобля.

Сначала он учился использовать мозговые имплантаты для управления виртуальным персонажем в компьютерной игре и только затем перешел к непосредственному испытанию экзоскелета

«Это было как побывать первым на Луне. Я не мог ходить два года. Я забыл, каково это — стоять. Я забыл, что я был выше многих людей в комнате», — говорит Тибо.

Чтобы начать двигать руками, потребовалось больше времени: «Это было очень сложно, потому что это сочетание работы нескольких мышц и нескольких движений. И это самая потрясающая вещь, которую я делаю при помощи экзоскелета».

Насколько хорош экзоскелет?

65-килограммовый экзоскелет не полностью восстанавливает двигательные функции. Тем не менее, его применение — это большой прогресс, он позволяет людям использовать свои конечности при помощи силы мысли.

Тибо необходимо также быть прикрепленным к потолочному ремню, чтобы минимизировать риск падения в экзоскелете. Это означает, что устройство пока не готово к использовании за пределами лаборатории.

«Это далеко не самостоятельная ходьба», — сказал Би-би-си профессор Алим-Луи Бенабид, президент исполнительного совета Clinatec.

«Экзоскелет не обеспечивает быстрых и точных движений, позволяющих не падать», — добавляет он.

Автор фото, Fonds de dotation Clinatec

Подпись к фото,

Тибо делает первые шаги в экзоскелете

Когда Тибо приходилось выполнять задачи по приведению в движение рук и ног и вращению запястьями, он справлялся в 71% случаев.

Профессор Бенабид, разработавший технологию глубокой стимуляции мозга при болезни Паркинсона, сказал Би-би-си: «Мы решили проблему и показали, что наш принцип верен. Это доказательство того, что мы можем увеличить двигательную активность пациентов в экзоскелете. Эта работа направлена на улучшение качества их жизни».

Каковы будут следующие шаги?

Французские ученые верят, что им удастся усовершенствовать технологию. Сейчас их ограничивает объем информации, который они получают из мозга, отправляют для обработки и интерпретации в компьютер и передают в экзоскелет в режиме реального времени.

На то, чтобы совершить переход от мозгового импульса к совершению движения, у ученых есть 350 миллисекунд, иначе системой становится сложно управлять.

Это означает, что из 64 электродов каждого имплантата исследователи используют только 32.

Таким образом остается возможность более детального изучения функций мозга с помощью более мощных компьютеров и технологий искусственного интеллекта для интерпретации информации, поступающей из мозга.

Также планируется использовать систему управления пальцами, чтобы Тибо смог поднимать и перемещать предметы.

Читайте также:  Курение занимает 2 месяца в год

Он уже использовал имплантаты для управления инвалидной коляской.

Есть ли другие способы применения технологии?

Существуют ученые, исследующие возможности применения экзоскелетов для усиления человеческих возможностей, а не для преодоления паралича. Это направление исследований известно как трансгуманизм.

Экзоскелеты планируют взять на вооружение некоторые военные.

«Мы не намерены идти навстречу реализации этих экстремальных и глупых планов, — констатирует профессор Бенабид. — Мы не планируем улучшать человека. Наша работа заключается в том, чтобы помогать травмированным пациентам, которые утратили свои двигательные функции».

Что говорят эксперты?

Профессор Том Шекспир из лондонской Школы гигиены и тропической медицины говорит, что хотя результаты исследования ценны и долгожданны, надо понимать, что реализация проекта еще очень далека от повсеместного практического применения.

«Ограничение по стоимости означает, что подобные высокотехнологические варианты никогда не будут доступны большинству людей с травмами спинного мозга».

По данным Тома Шекспира, сейчас только у 15% людей с ограниченными возможностями в мире есть инвалидная коляска или другое вспомогательное устройство для передвижения.

90 знаков в минуту силой мысли Исследователи научили парализованного человека набирать текст с рекордной скоростью. Он представлял, что пишет рукой

Данное сообщение (материал) создано и (или) распространено иностранным средством массовой информации, выполняющим функции иностранного агента, и (или) российским юридическим лицом, выполняющим функции иностранного агента.

???? ???? ???? ???? ???? Нам нужна ваша помощь. Пожалуйста, поддержите «Медузу»

В свежем выпуске престижного научного журнала Nature вышла статья ученых Стэнфордского университета с новостью о рекорде — парализованный человек научился набирать со скоростью 90 символов в минуту просто силой мысли, что сравнимо с тем, как это делают здоровые люди.

Авторы добились такого результата, объединив две идеи: они применили машинное обучение и предложили испытуемому не выбирать буквы на экране, на чем обычно строится печать через интерфейс мозг-компьютер, а вообразить, будто он пишет их от руки. Мысль кажется настолько простой, что удивительно, как ее не опробовали раньше.

Помимо обновления рекорда статья показывает, как важно порой выходить за границы привычного. 

Сегодня при необходимости набора текста одной только силой мысли у человека есть две возможности. Можно «двигать» курсор к символу и затем «кликать» на него — так обычно работает инвазивный интерфейс, когда электроды вставлены в мозг. Здесь можно рассчитывать на скорость примерно в 40 символов в минуту. 

Второй вариант — использовать обычную электроэнцефалографию (ЭЭГ), которая не требует операции. Человек надевает на голову шапочку с электродами, которые считывают активность мозга, а он в это время смотрит на экран. На экране находится алфавит, каждая буква которого мерцает на собственной частоте.

Если смотреть прямо на, скажем, букву «М», то ее мерцание вызовет в зрительных зонах мозга волну активности той же частоты — так называемые вызванные потенциалы. По ЭЭГ компьютер угадает, что человек смотрит именно на эту букву. У такой схемы есть и более хитрые реализации (на потенциалах, связанных с событиями), но принцип их реализации схожий.

Здесь лучший результат — 60 символов в минуту. 

Оба способа мысленного ввода текста требует концентрации внимания, а мерцание еще и утомляет. А нужно это, в первую очередь, людям, которым и без того очень непросто. Чаще всего это парализованные в результате травм или развития бокового амиотрофического склероза, а также те, кто потерял речь после инсульта. Некоторым из них трудно направлять взгляд.

Вообразить, как пишешь букву, может быть несколько попроще. Авторы статьи в Nature, где описан новый, рекордно быстрый способ общения используя только активность мозга, отмечают, что придуманный ими «виртуальный рукописный интерфейс» даже не требует зрения — им могут пользоваться и те, кто полностью ослеп или слабо видит. 

На момент эксперимента пациенту было 65 лет, в статье он обозначен как T5, хотя видео с ним открыто и знакомые могут его легко узнать.

В 2007 году он выносил мусор, поскользнулся, упал и в результате получил травму спинного мозга, из-за которой оказался почти полностью обездвижен ниже шеи.

Пять лет назад в Стэнфорде ему вживили в головной мозг две матрицы, по 96 электродов каждая (по-видимому, тогда он был одним из участников исследования безопасности этих устройств), а позже пригласили участвовать в столь необычном исследовании. 

Сидя в инвалидном кресле, T5 сперва мысленно писал от руки указанные на экране символы (людям с потерей зрен их могут диктовать), тем самым обучая нейросеть, которая получала на вход данные от матриц. Затем T5 уже стал сам придумывать слова, отвечать на вопросы, а нейросеть выводила на экран угадываемые букву за буквой.

Так ученые смогли научить компьютер распознавать образы 31 символа: английский алфавит плюс запятая, апостроф, вопросительный знак, тильда (~) и знак «больше» (>). Скорость набора оказалась более чем в два раза выше, чем у других версий инвазивных интерфейсов — 90 символов в минуту.

Оказалось, что компьютеру легче, когда человек представляет, как пишет буквы, а не мысленно наводит курсор на них

Такие скачки в эффективности случаются редко. Обычно идут мелкие продвижения в алгоритмах или имплантируемой электронике, ведь все работают примерно на одном типе оборудования.

В голову T5 имплантирована система BrainGate2, разработанная еще в 2009 году, и ее арсенал — меньше двухсот электродов, часть из которых за прошедшее время наверняка уже «умерли», то есть перестали давать информацию.

Такие характеристики явно не впечатляют, если вспомнить о тысяче электродов в чипах . И все же прорыв налицо, и случился он потому, что авторы исследования пошли нестандартным путем.

В чем же фокус?

Для обучения компьютера распознанию вводимых символов они выбрали рекуррентную нейронную сеть. Ее можно представить как сеть с памятью: прежде чем дать ответ, она учитывает не только текущие входящие данные, но и свое состояние на предыдущем цикле вычислений.

В отличие от «обычных» сетей, которые распознают статичные картинки, рекуррентные лучше справляются с потоком данных, где важно, как эти данные следуют друг за другом во времени. Классический пример такого рода данных — это музыка или текст.

В данном случае — письмо от руки, которое есть не что иное, как траектория движения точки во времени. 

Ключевой ход ученых из Стэнфорда состоял в том, чтобы, на первый взгляд, самим усложнить себе задачу. Ведь рисовать в уме и распознавать такой почерк кажется гораздо труднее, нежели двигать курсор по экрану по прямой от буквы к букве и считывать эти перемещения.

Но оказалось, в реальности все происходит ровно наоборот. Для мозга все прямые похожи друг на друга, а вот затейливые кривые линии, обозначающие тот или иной символ, кривятся очень по-разному. И в результате очень по-разному активируются клетки мозга.

Рекуррентная сеть видит эти отличия, и по этим отличиям ей проще угадать, какой символ нарисовал в уме человек.

В конце 2000-х Михаил Лебедев, ныне научный руководитель Центра биоэлектрических интерфейсов Высшей школы экономики, с коллегами показали, что нейросеть может воссоздать почерк, если обучить ее на сигналах от мышц кисти и предплечья. Человек пишет от руки, датчики на коже снимают электрические потенциалы мышц, и по этим данным нейросеть реконструирует любые загогулины, что рисует автор. Об этом тогда писал Scientific American.

Сегодня Лебедев замечает, что для интерфейсов, распознающих почерк, сигналы из мозга надежнее, чем электрические потенциалы мышц, так как последние «более вариабельны и могут генерировать „дикие выбросы“ чисто из-за механики.

А корковые нейроны „рисуют“ гораздо лучше, без дикостей». Он считает, что подход авторов из Стэнфорда перспективнее, чем другие в чем-то похожие идеи, когда люди просто воображают буквы или слова, либо мысленно их проговаривают.

 

К сожалению, это не значит, что уже завтра тысячи парализованных людей смогут воспользоваться интерфейсом и начнут выводить в уме длинные строчки от руки. Может быть, у Т5 на редкость развитое воображение движений. Новую идею надо проверять на других пациентах.

Как сказал Джон Нгай, руководитель американского проекта Национальных институтов здоровья BRAIN Initiative, пока это «отличная демонстрация доказательства принципа». Авторы показали, что метод может оказаться успешным, но дальше, как почти всегда в науке, возникает масса нюансов. Помимо скорости набора, очень важны удобство и безопасность. 

Инновационного подхода и нейросетей мало: нужные новые, долгоживущие и безопасные имплантаты. И они уже создаются

Использование инвазивного интерфейса означает проведение хирургической операции: людям вскрывают череп, вставляют электронные матрицы в мозг.

На чужеродное тело организм реагирует предсказуемо негативно — атакует его и пытается изолировать от внутренней среды, покрывая оболочкой.

Это биологически верная стратегия, выработанная в ходе эволюции, которая в данном случае приводит к тому, что прохождение сигнала к электродам ослабляется и в какой-то момент блокируется совсем.

Современная электроника вообще не рассчитана на долгую жизнь внутри мозга человека — для этого нужны новые материалы, которые будут одновременно хорошо проводить электричество, но при этом станут больше напоминать тонкие и гибкие нервные волокна, а не металлическую проволоку. Отдельную проблему представляет кабель, которым все эти электроды соединяются с внешней средой. От него желательно избавиться вовсе — старые системы, такие как у Т5, выглядят громоздко, пользоваться ими можно только в лаборатории. 

Заметные шаги в сторону решения всех этих вопросов были сделаны уже в этом, 2021 году. В апреле мы увидели, как обезьяна с чипом от Neuralink управляла курсором силой мысли, и при этом у нее из головы ничего не торчало.

Аналогичный беспроводной инвазивный интерфейс, но уже на людях, недавно испытала команда исследователей из Университета Брауна и Стэнфорда — к слову, тех же авторов, что работали с Т5. Пока изящества системы Neuralink им достичь не удалось: на голове все еще закреплены устройства.

Читайте также:  СМС – еще одна вредная привычка

Но кабеля в этой системе уже нет, и два пациента, участвовавшие в работе, использовали интерфейс авторов у себя дома, а не в лаборатории.

Но даже если вынести за скобки технические барьеры — рано или поздно они будут преодолены, — остаются концептуальные вопросы. Например, как этот подход может работать с другими алфавитами.

В английском языке буквы r, v and u на письме похожи, и у нейросети возникали трудности с их различением.

Справится ли такая сеть, скажем, с китайскими иероглифами? Одна из авторов новостной заметки в Nature подмечает, что в тамильском языке есть 247 очень близких по написанию символов, и для сети это вызов. 

Решение может быть в создании отдельного языка символов для такого рода интерфейсов, следуя той же логике, в русле которой когда-то возникли языки жестов или стенография. То есть внедрение нейросетей повлияет на то, как люди будут общаться с техникой на языке активности мозга. Ведь если вы захотите, чтобы машина вас поняла, придется находить с ней общий язык

Сила мысли: создан первый беспроводной нейроинтерфейс — Газета.Ru

Беспроводной нейроинтерфейс, разработанный американскими учеными, позволил парализованным людям пользоваться компьютером. Исследователи надеются, что с помощью этой технологии удастся отойти от громоздких систем с обилием проводов и позволить больным пользоваться подобными устройствами дома.

Команда специалистов из Брауновского университета в США разработала беспроводной нейрокомпьютерный интерфейс для парализованных людей. Подробнее об этом они рассказали в статье, опубликованной в электронной библиотеке научных работ IEEE Xplore.

«Люди с неврологическими заболеваниями, травмами спинного мозга, инсультами могут быть неспособны разговаривать и даже шевелиться, — пишут исследователи. —

Для людей с такими проблемами современные вспомогательные технологии часто оказываются неэффективны. Чтобы помочь им взаимодействовать с внешним миром, разрабатываются нейрокомпьютерные интерфейсы».

Нейроинтерфейсы позволяют парализованным людям пользоваться компьютером и общаться, декодируя сигналы мозга с помощью вживленных в него электродов.

Однако возможности использования нейроинтерфейсов ограничены из-за обилия проводов и необходимости контроля со стороны специалистов.

Поэтому исследователи решили заменить кабели на беспроводные передатчики в нейроинтерфейсе BrainGate, работа над которым ведется уже около 15 лет.

Устройство диаметром всего около 10 см соединяется с массивом электродов, вживленных в моторную кору мозга пользователя, как и проводные системы.

Похожее устройство разрабатывается в компании Илона Маска Neuralink, однако BrainGate — первый беспроводной интерфейс, который прошел испытания на людях, отмечают его создатели.

«Мы продемонстрировали, что эта беспроводная система функционально эквивалентна проводным системам, которые на протяжении многих лет были золотым стандартом нейрокомпьютерных интерфейсов, — говорит инженер Джон Саймерал, ведущий автор исследования. — Сигналы записываются и передаются с аналогичной точностью. Это означает, что мы можем использовать те же самые алгоритмы декодирования, которые мы использовали для проводного оборудования.

Единственное отличие — людям больше не нужно быть физически связанными с оборудованием, что открывает новые возможности для использования системы».

Участниками эксперимента стали двое мужчин 35 и 63 лет, оба парализованные из-за повреждений позвоночника. В отличие от предыдущих исследований, во время которых испытуемым нужно было находиться в лаборатории, мужчины могли использовать BrainGate у себя дома целыми сутками и не отключать даже во время сна.

Во время эксперимента участники пользовались планшетными компьютерами, просматривая сайты, и использовали мобильные приложения.

Исследователи не обнаружили значимой разницы в результатах по сравнению с предыдущей, проводной версией устройства.

«Мы хотим понять, как развиваются нейронные сигналы с течением времени, — поясняет соавтор исследования Ли Хохберг.

— С помощью этой системы мы можем смотреть на активность мозга дома, в течение длительных периодов времени, что раньше было практически невозможно.

Это поможет нам разработать алгоритмы декодирования, которые обеспечат плавное, интуитивное, надежное восстановление способности людей с параличом общаться и передвигаться».

В 2012 году BrainGate позволил 58-летней парализованной женщине впервые за 15 лет самой выпить кофе, «силой мысли» контролируя роботизированный манипулятор. Это оказалась первая в истории разработка, которая позволила парализованным людям манипулировать вещами, мысленно управляя искусственной рукой: поднести ее к предмету, взять его, поднести к себе и вернуть на место.

  • Выделяя движением глаз отдельные буквы алфавита, один из испытуемых так передал свои ощущения от управления кибернетической конечностью:
  • «Я просто воображал, что двигаю рукой, и рука двигалась туда, куда я хотел».
  • О первых же успехах создатели BrainGate сообщили еще в 2006 году — им удалось заставить парализованного мужчину с помощью имплантированного в мозг крошечного чипа двигать курсор компьютера, открывать электронную почту и контролировать роботоподобный прибор.

Мысли парализованных людей поразили ученых

  • Ученые создали новый нейрочип, позволяющий в буквальном смысле читать мысли людей, парализованных после автокатастроф или тяжелых заболеваний.
  • Симптомы «синдрома запертого человека» напоминают то, что происходит с телом и мозгом людей в коме и вегетативном состоянии, поэтому многие нейрофизиологи считали, что парализованные люди в принципе не способны вести мыслительную деятельность, ставить перед собой задачи и решать их.
  • Нильс Бирбаумер из университета Тюбингена (Германия) и его коллеги, экспериментируя с четырьмя добровольцами на последних стадиях развития БАС, пытались понять, можно ли наладить с ними связь, используя так называемые нейрочипы и интерфейсы «мозг-компьютер» — системы, напрямую считывающие сигналы мозга и преобразующие их в понятный компьютеру язык.
  • Как говорится в статье, опубликованной в журнале PLOS Biology, в исследовании ученые использовали два прибора — магнитно-резонансный томограф, наблюдавший за работой разных отделов коры и глубинных слоев мозга, и инфракрасный спектроскоп, который позволяет следить за уровнем активности отдельных групп нервных клеток по тому, как много они потребляют кислорода.

Ранее другая группа ученых выяснила, наблюдая за работой мозга здоровых людей, что при ответах на несложные вопросы концентрация гемоглобина меняется предсказуемым образом: при ответе «да» его доля в мозге повышается, а при ответе «нет» — остается такой же или падает. Руководствуясь этой идеей, ученые из Германии и создали программу, которая переводила подобные сигналы в ответы «да» и «нет».

В ходе экспериментов, парализованные в целом корректно опознавали своих жен и мужей, родственников, отвечали на вопросы о своей личной жизни, а один из мужчин даже запретил дочери выйти замуж за ее бойфренда. Кроме того, участники опытов были в целом довольны тем, что они продолжают жить, несмотря на болезнь.

По мнению ученых, данное открытие приведет к развитию полноценных синтезаторов речи и устройств, которые помогут таким пациентам двигаться самостоятельно.

Напомним, ранее американские ученые сделали настоящий прорыв в лечении паралича у человека. Они заменили человеческие нервы проводами и браслетами, зато теперь пациент может самостоятельно держать в руке ложку.

Ученые из американской некоммерческой исследовательской организации «Баттель» (Battelle, Колумбус, штат Огайо) смогли помочь парализованному молодому человеку вновь шевелить запястьем. Об этом сообщила во вторник, 24 июня, со ссылкой на The Washington Post сообщает ИТАР-ТАСС.

23-летний Ян Бурхарт не был инвалидом от рождения. В 2010 году на пляже с ним произошел несчастный случай, в результате которого он оказался прикованным к креслу-каталке. Для того чтобы вновь хоть немного управлять своим телом, молодому человеку пришлось согласиться на операцию.

В медицинском центре Векснера Университета штата Огайо Яну в мозг был имплантирован специальный чип. Затем несколько недель он учился двигать виртуальной рукой на экране монитора: его задачей было мысленно сосредоточиться на выполнении этого конкретного действия.

После таких тренировок на запястье Яна надели специальные браслеты с электродами, стимулирующими мышцы, они и чип в голове Яна были напрямую проводами подключены к специальному устройству.

Через провод, подсоединенный к голове пациента, импульсы мозга передавались в машину, которая преобразовывала их и посылала сигнал в браслеты.

Сначала молодой человек смог разжать пальцы, а потом уже самостоятельно поднимать и опускать запястье. В итоге он смог даже подержать ложку.

Теперь специалисты собираются продолжить исследования, чтобы в будущем заставлять таким образом полноценно работать парализованные конечности.

Отказ от ответственности: этот контент, включая советы, предоставляет только общую информацию. Это никоим образом не заменяет квалифицированное медицинское заключение. Для получения дополнительной информации всегда консультируйтесь со специалистом или вашим лечащим врачом.

Добавьте «Правду.Ру» в свои источники в Яндекс.Новости 

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector