4 способи читати думки людини

1. Ай-трекер: очі не обдурять
2. Інтерфейс "мозок-комп'ютер" - кому це потрібно?
3. Сила думки: подумав і поїхав
4. Стати кіборгом: протез, керований мозком
5. Протез руки скоро навчать відчувати
6. Від кохлеарних імплантатів до відновлення пам'яті

Буває, що тіло вже непідвладне людині через важку хворобу, але є сила думки! Технології, які дозволяють управляти приладами за допомогою одних лише очей і мозку, вже є, і люди, які ними користуються, живуть серед нас.

Ай-трекер: очі не обдурять

В «Однокласниках» є група людей з важким захворюванням - БАС, бічний аміотрофічний склероз. Олену там знають і люблять усі, вона допомагає знайти потрібну інформацію, підтримує новачків, яким важкий діагноз поставили недавно, вміє знайти добре слово і для родичів хворих. Але сама Олена через розвиток захворювання вже давно не може поворухнути навіть пальцем, рухаються у неї тільки повіки. І з зовнішнім світом, і з близькими Лена спілкується тільки одним способом - через комп'ютер. Справитися з ним допомагає програма Tobii.

Ай-трекери (очні трекери), які фіксують відображення світла від очей людини, існують більше 25 років. Найвідоміший виробник - компанія Tobii, випускає трекери, що дозволяють за допомогою рухів очей управляти комп'ютером.

Як це працює? Ай-трекер - невеликий пристрій, який встановлюється в нижню частину екрану комп'ютера. Відеокамера зчитує відбиття світла в оптичній системі ока. Отримане зображення аналізується і з'ясовується напрямок погляду. Користувач може управляти комп'ютером: рухати курсор миші, друкувати на віртуальній клавіатурі, перемикати програми та т. Д.

Плюси: Технологія масова, варто такий пристрій сьогодні від 100 до 10 000 доларів. Нещодавно компанії Microsoft і Tobii Dynavox спільно розробили програму, яка буде інтегрована в Windows 10. Незабаром кожен користувач зможе підключити ай-трекер Tobii без установки додаткового ПЗ.

Недоліки: В Росії ай-трекери не входять до переліку технічних засобів реабілітації, їх не можна отримати безкоштовно, а купити пристрій може не кожен. Налаштування ай-трекерів на комп'ютері не завжди проходить гладко, можливі проблеми з сумісністю програмного забезпечення. Працює програма не завжди ідеально.

Починати навчання людям з діагнозом БАС бажано раніше, поки у людини є мова і рух.

Фото: tobii.com

Є надія на те, що з появою нової програми Microsoft Eye Control все стане простіше, але поки купити і підключити Tobii з російським інтерфейсом людям з БАС в Росії допомагає фонд «Живи зараз», який бореться за якість життя людей з цим діагнозом, а кошти на це допомагають зібрати благодійники.

Інтерфейс "мозок-комп'ютер" - кому це потрібно?

При діагнозі БАС м'язи очей з часом теж можуть втратити рухливість, при цьому люди з таким діагнозом до останніх днів зберігають ясність свідомості. «Синдром замкненого людини» - ось як це називається. Чим же можна допомогти? Можна зчитувати інформацію прямо з мозку. Такі технології поки не дуже досконалі, але вони є, в тому числі і в Росії. Подібний прилад зможе допомогти таким людям, як Олена. Як же він працює?

Є різні прилади, які різними способами зчитують активність нейронів головного мозку, деякі схожі на шолом, інші представляють собою великі магніти, за допомогою таких приладів можна фіксувати активність певної зони мозку і використовувати її в практичних цілях.

Повністю паралізований чоловік зможе друкувати на комп'ютері за допомогою інтерфейсу мозок-комп'ютер (ІМК). Лабораторія, яка займається проектами ІМК, є в МДУ, нею керує доктор біологічних наук, професор Олександр Якович Каплан, але, на жаль подібні технології в Росії поки лише експеримент.

Як це працює? Людині на голову надягають спеціальний шолом, фиксирова електричну активність мозку. Комп'ютер показує алфавіт з миготливими буквами. Коли людина бачить потрібну букву, в мозку спрацьовує певний потенціал, його видно на енцефалограмі, комп'ютер це відзначає і інтерпретує, як введення цієї літери. Буква з'являється на екрані.

Плюси: Ця технологія не вимагає імплантації електродів. ІМК дає можливість можливість людям, які втратили рух зв'язатися із зовнішнім світом.

Недоліки: Ця технологія в Росії поки не стала масовою, існують тільки окремі зразки. Швидкість введення поки ще не дуже висока, є ймовірність помилок.

Подібні прилади використовуються в експериментах по «читання думок». Дослідники намагаються пов'язати сигнали мозку з тим, що людина відчуває, робить або бачить, з'явилися роботи, що дозволяють зрозуміти що-небудь більш детально, «побачити» те, що людина бачить в даний момент, зрозуміти тип звуків, які він чує.

Сила думки: подумав і поїхав

Люди з важкими діагнозами зараз не сидять вдома, за допомогою елетроколясок вони не тільки пересуваються по своїй вулиці, а й подорожують

Для того, щоб управляти електроколяски, фізичної сили не потрібно, потрібно щоб рухався хоча б один палець, здатний натиснути кнопку, але як бути тому, у кого і цього немає? Однак технологія , Що дозволяє управляти коляскою силою думки вже є в Росії.

Фото: Ксенія Колесникова / rg.ru

Це пристрій було представлено проектом «допоміжних технологій з нейроуправленіем» НТІ Агентство стратегічних ініціатив.

Як це працює: Нейрогарнітура, спеціальна шапочка з електродами, зчитує сигнали мозку, перетворює їх в команди і передає двигуну коляски, до комп'ютера прилад підключається через блютус.

Плюси: За допомогою нейроінтерфейси управляти коляскою зможуть повністю паралізовані люди. Розробник хоче зробити девайс максимально доступним для інвалідів. Планується, що пристрій буде коштувати близько 25 000 рублів (плюс вартість електроколяски), і його можна буде взяти в оренду.

Недоліки: вітчизняний зразок поки не запущений в серію.

Стати кіборгом: протез, керований мозком

Незважаючи на стрімкий розвиток технологій, сучасні протези поки сильно відстають від можливостей людського тіла. Але вчені працюють в цьому напрямку.

Минулого літа Віра потрапила в аварію. У самому центрі Москви її мотоцикл потрапив під колеса важкого будівельного вантажівки. Правила порушив водій бетономішалки, але Вірі від цього не легше, адже під колесами опинилася її рука. Своїм порятунком дівчина керувала сама, напередодні вона пройшла курси першої допомоги в «Лізі Алерт».

Друзі підтримували Віру, збирали для неї кошти. Зараз, коли з моменту аварії пройшло більше року, прийшов час задуматися про протезування, вона хоче найсучасніший протез: 21 століття на дворі, має ж щось бути. Як же це працює?

Спробуйте зігнути палець. Як тільки ви про це подумали, сигнал від мозку миттєво досяг м'язів і ось палець вже зігнутий. Чи можна повторити цей фокус, якщо замість живої руки - протез? Можна, можливо. Можливості сучасних протезів дозволяють управляти рухом кожного пальця, більш ніж двадцятьма суглобами. Щоб зрозуміти, як працює міоелектріческой протез, давайте розберемося, як взаємодіють мозок і м'язи людини.

Нейрони і м'язи відрізняються від інших клітин організму тим, що вони Електровозбудімость, тобто використовують для роботи електричні імпульси. На нейроне зароджується сигнал, він по аксону, (провідного шляху), передається на м'яз, м'яз збуджується і скорочується.

Електричний імпульс з м'язи можна вважати і записати, це називається електроміограма (ЕМГ). Але якщо сигнал зчитується з поверхні шкіри, він буде містити перешкоди. Чистіше сигнал можна отримати за допомогою внутрішньом'язових електродів - маленьких голок з гнучким гачком на кінці. Голка вставляється в м'яз, гачок зачіпатися за м'язові волокна і зчитує сигнал. Цей спосіб дає можливість точно розпізнати, з яких саме м'язів він йде.

Найпопулярніший міоелектріческой протез заснований на принципі цільової реиннервации.

Як це працює: Руки немає, але залишилися нерви, які йшли до руки з спинного мозку. Їх можна розділити на волокна і приєднати до м'язів, якими ми користуємося рідше, наприклад, до грудних м'язів (для цього знадобитися операція) Використовуючи алгоритми машинного навчання, можна «навчити» протез різних видів рухів.

Наприклад, коли людина думає про те, щоб зігнути зап'ясті, у нього напружується нижня частина грудної м'язи, сенсорні датчики приймають цей сигнал і направляють його в процесор, який керує протезом.

Плюси: система рухів протеза зрозуміла людині.

недоліки:

Машинне навчання - це довго і поки не дуже ефективно. Тонкі нерви, які йдуть до м'язів, потрібно розділити і зрозуміти, який нерв - звідки. Потрібно записати сотні тисяч уявних повторів одного руху, щоб навчитися визначати його з високою точністю. На це йдуть місяці.

Неприродність управління. Людині потрібно кожен раз особливим чином продумувати рух, «замовляти» його. Це не зручно.

міоелектріческой протез

Протез руки скоро навчать відчувати

У Віри обов'язково буде найкращий і найсучасніший протез. Зараз вона вивчає проспекти клінік, консультується з різними лікарями, в її списку є і російські виробники протезів. А розробники протезів тим часом ведуть експерименти по поліпшенню технологій. Фахівці стверджують, що вже в найближчому майбутньому протези навчаться відчувати.

Як це працює? Ми відчуваємо рух, відчуваємо, як скорочуються наші м'язи. Це - м'язове почуття. Проте нинішнє становище в просторі ми відчуваємо навіть із закритими очима. Цей тип відчуттів називається пропреацепція. У кожній м'язі є кілька типів сенсорів, які записують і передають в спинний мозок інформацію про роботу м'язи. Інтегруючи цю інформацію, мозок може точно прорахувати положення тіла.

Зараз вчені розробляють для механічного протеза кисті сенсори, датчики тиску, сили і тертя. Завдання в тому, щоб «повернути» ці відчуття в мозок. Над цим проектом працюють кілька зарубіжних науково-дослідних інститутів.

Фото: Downtown.ru

Від кохлеарних імплантатів до відновлення пам'яті

Які ж ще сюрпризи готує нам наука? Сьогодні імплантант, який відновлює пам'ять, здається малоймовірним, але успіхи в нейропротезірованіі дозволяють сподіватися на появу таких технологій. Адже вже сьогодні кохлеарні імплантанти допомагають глухим людям чути, перетворюючи звук в електричні сигнали, які відправляються на слуховий нерв.

У 2011 році професор Теодор Бергер з університету Південної Каліфорнії, розробив протез, який відновлює роботу гіпокампу, цей відділ мозку відповідає за пам'ять і зберігає спогади. В ході експериментів в гіпокамп щурів імплантували електроди, вхідні та вихідні сигнали записували. Таким чином, була змодельована нормальна робота гіпокампу. У 2013 році протез був успішно випробуваний на мавпах.

У гіпокампі відбувається перетворення інформації з короткочасної пам'яті в довгострокову. У перспективі такий протез-імплантант може допомогти людям з хворобою Альцгеймера, хвороби, при якій уражається гіпокамп. Кінцева мета дослідження - створити пристрій, який зможе відновлювати пам'ять. Імплантанти вже використовуються для лікування захворювань мозку, вже є технології, які допомагають знімати порушення в глибоких структурах мозку, які виникають при хворобі Паркінсона.

Автор дякує Наукове кафе QuantROOM - проект науково-технічного товариства ім.С.І.Вавілова і особисто Антона Собінова за лекцію «Біонічний підхід в протезуванні».