Gradvis kommer mange nye ting inn i livene våre. Utviklingen av teknologi står ikke stille, og i morgen kan det være mulig det vi i går ikke turte å drømme om. Nevrodatamaskin-grensesnittet (NCI) virkeliggjør forbindelsen mellom den menneskelige hjernen og teknologien, deres delvise interaksjon.
Hva er NCI?
NCI er et system for utveksling av informasjon mellom den menneskelige hjernen og en elektronisk enhet. Utvekslingen kan være toveis, når elektriske impulser kommer fra enheten til hjernen og omvendt, eller enveis når bare ett objekt mottar informasjon. I enklere termer er NCI det som kalles "styring av tankens kraft." En svært viktig oppdagelse, som allerede er mye brukt på mange områder av livet.
Hvordan fungerer NCI?
Nevronene i hjernen overfører informasjon til hverandre ved hjelp av elektriske impulser. Dette er et veldig komplekst og intrikat nettverk som forskerne ennå ikke kan analysere fullt ut. Men ved hjelp av NCI ble det mulig å lese deler av informasjonen til hjerneimpulser og overføre den til elektroniske enheter. De kan på sin side forvandle segimpulser til handling.
History of studying NCI
Det er bemerkelsesverdig at arbeidet til den russiske forskeren IP Pavlov på betingede reflekser ble grunnlaget for utviklingen av NC-grensesnittet. Også en viktig rolle i studiet av NCI ble spilt av hans eget arbeid med den regulerende rollen til hjernebarken. IP Pavlovs forskning fant sted på begynnelsen av det tjuende århundre ved Institutt for eksperimentell medisin i St. Petersburg. Senere ble Pavlovs ideer i retning av NC-grensesnittet utviklet av den sovjetiske fysiologen P. K. Anokhin og den sovjetiske og russiske nevrofysiologen N. P. Bekhtereva. Global NCI-forskning begynte først på 1970-tallet i USA. Eksperimenter ble utført på aper, rotter og andre dyr. I løpet av forskningen fant forskere som jobbet med eksperimentelle aper ut at visse områder av hjernen er ansvarlige for bevegelsene til lemmene deres. Siden denne oppdagelsen har den påfølgende skjebnen til NCI blitt beseglet.
Elektroencefalografi (EEG)
Elektroencefalografi er en metode for å lese de elektroniske impulsene i hjernen ved å ikke-invasivt feste elektroder til en persons hode. En ikke-invasiv metode er en metode der elektroder festes til hodet til en person eller et dyr, uten direkte innføring i hjernebarken. EEG-metoden dukket opp for relativt lenge siden og ga et stort bidrag til utviklingen av hjerne-datamaskin-grensesnittet. EEG-metoden brukes fortsatt i dag fordi den er billig og effektiv.
Stages of NCI
Informasjon som kommer fra den menneskelige hjernen blir behandletelektronisk enhet i fire trinn:
- Motta signal.
- Forbehandling.
- Tolkning og klassifisering av data.
- Datautdata.
Første trinn
I det første trinnet settes elektroder enten direkte inn i hjernebarken (invasiv metode) eller festes til overflaten av hodet (ikke-invasiv metode). Prosessen med å lese informasjon fra hjerneceller begynner. Elektrodene samler inn data fra individuelle nevronsystemer som er ansvarlige for ulike handlinger.
Forbehandling
På det andre trinnet av hjerne-datamaskin-grensesnittet blir de mottatte signalene forhåndsbehandlet. Enheten trekker ut signalkarakteristikk for å forenkle den komplekse sammensetningen av data, luke ut unødvendig informasjon og støy som forstyrrer klare hjernesignaler.
Tredje trinn
På det tredje trinnet av NDT-grensesnittet tolkes informasjon fra elektriske impulser til en digital kode. Det betegner en handling, et signal som hjernen ga. De resulterende kodene blir deretter klassifisert.
Dataoutput
Informasjonsutgang skjer på fjerde trinn. De digitaliserte dataene sendes ut til en enhet koblet til hjernen, som utfører en ment alt gitt kommando.
Neuroproteser
Et av hovedområdene for implementering av hjernegrensesnittet er medisin. Nevrale proteser er designet for å gjenopprette forbindelsen mellom den menneskelige hjernen og handlingen til dens organer, for å erstatte organer som er skadet av sykdom eller skade, med påfølgende gjenoppretting av funksjonene til en sunn kropp. NCI kan være spesielt bra for personer med lammelser eller tap av lemmer. Ved bruk av nevrale proteser brukes prinsippet for drift av hjerne-datamaskin-grensesnittet. For å si det veldig enkelt, er en person utstyrt med protese armer eller ben, hvorfra elektroniske implantater fører til området av hjernen som er ansvarlig for bevegelsen av denne lem. Nevroproteser har bestått mange tester, men vanskeligheten med massebruken ligger i det faktum at NCI ikke kan lese hjernens signaler fullt ut, og kontrollen av proteser i hverdagen utenfor laboratoriet er vanskelig. For noen år siden ønsket Russland å etablere produksjon av nevroproteser, men så langt har dette ikke blitt implementert.
Hørselsproteser
Hvis protetiske lemmer ennå ikke har dukket opp på massemarkedet, har cochleaimplantatet (en protese som hjelper til med å gjenopprette hørselen) blitt brukt i lang tid. For å motta det må pasienten ha en utt alt grad av sensorinevr alt hørselstap (det vil si et slikt hørselstap der høreapparatets evne til å motta og analysere lyder er svekket). Hørselsrestaurering med cochleaimplantat brukes når et konvensjonelt høreapparat ikke gir de forventede resultatene. Implantatet implanteres i øreapparatet og den tilstøtende delen av hodet som et resultat av en kirurgisk operasjon. Som alle andre hjerne-maskin-grensesnitt, må et cochleaimplantat passe helt til brukeren. For å lære å bruke det og begynne å oppfatte implantatet som et nytt øre, må pasienten gjennomgå et langt rehabiliteringsforløp.
Future of NCI
Nylig kan du høre og lese om kunstig intelligens over alt. Dette betyr at drømmen til mange mennesker går i oppfyllelse – snart går hjernen vår inn i symbiose med teknologi. Utvilsomt vil dette være en ny æra i menneskehetens utvikling. Nytt nivå av kunnskap og muligheter. Takket være hjerne-datamaskin-grensesnittet vil et stort antall nye og viktige oppdagelser dukke opp på mange områder av vitenskapen. I tillegg til å bli brukt til medisinske formål, kan NCI allerede koble brukeren til virtual reality-enheter. Slik som virtuell datamus, tastatur, karakterer i virtuelle virkelighetsspill osv.
Ledelse uten hender
Hovedoppgaven til nevrodatamaskingrensesnittet er å finne muligheten til å kontrollere utstyr uten hjelp av muskler. Funn i dette området vil gi mennesker med lammelser flere muligheter innen bevegelse, kjøring og dingser. Allerede nå kombinerer NCI sømløst den menneskelige hjernen og datamaskinens kunstige intelligens. Dette ble mulig takket være en dyp studie av prinsippene til den menneskelige hjernen. Det er på grunnlag av dem at det utarbeides programmer som NCI og kunstig intelligens fungerer på.
NTI i robotikk
Siden forskerne fant ut at visse områder av hjernen er ansvarlige for muskelbevegelser, fikk de umiddelbart ideen om at den menneskelige hjernen ikke bare kan kontrollere sin egen kropp, men også kontrollere en menneskelig maskin. Mange forskjellige robotmaskiner lages nå. Inkludert humanoider. Robotikere strever med sine humanoide verkimitere oppførselen til ekte mennesker. Men så langt takler programmering og kunstig intelligens denne oppgaven litt dårligere enn NCI. Ved å bruke NC-grensesnittet kan du kontrollere robotlemmer på avstand. For eksempel på steder hvor menneskelig tilgang er umulig. Eller i jobber som krever presisjon i smykker.
NCI for lammelse
Det mest etterspurte er utvilsomt hjerne-datamaskin-grensesnittet i medisin. Å kontrollere armer, ben, styre en rullestol med tankene dine, administrere informasjon i smarttelefoner, datamaskiner uten hender, osv. Hvis disse innovasjonene blir allestedsnærværende, vil levestandarden til mennesker som for tiden er begrenset i deres evne til å bevege seg forbedres. Hjernen vil umiddelbart overføre kommandoer til enheter, omgå kroppen, noe som vil hjelpe en person med funksjonshemming til å bedre tilpasse seg miljøet. Men når de prøver nevroproteser, møter spesialister noen problemer som de ikke kan finne løsninger på i dag.
Fordeler og ulemper med hjerne-datamaskin-grensesnittet
Til tross for at det er mange fordeler med å bruke NC-grensesnittet, er det også ulemper ved bruken. En fordel i utviklingen av NCI i medisin er det faktum at den menneskelige hjernen (spesielt dens cortex) tilpasser seg svært godt til endringer, på grunn av hvilke mulighetene til NCI-grensesnittet er nesten ubegrensede. Spørsmålet ligger kun bak utviklingen og oppdagelsen av ny teknologi. Men det er noen problemer her.
Inkompatibilitet av kroppsvev med enheter
Først, hvis du går innimplantater på en invasiv måte (inne i vevet), er det svært vanskelig å oppnå deres fulle kompatibilitet med pasientens vev. De materialene og fibrene som må implanteres fullstendig inn i organisk vev, blir bare opprettet.
Ufullkommen teknikk sammenlignet med hjernen
For det andre er elektroder fortsatt mye enklere enn hjerneneuroner. De er ennå ikke i stand til å overføre og motta all informasjonen som nervecellene i hjernen kan håndtere med letthet. Derfor er bevegelsen av lemmene til en frisk person mye raskere og mer nøyaktig enn bevegelsen av nevroproteser, og et sunt øre oppfatter lyder klarere og mer korrekt enn et øre med et cochleaimplantat. Hvis hjernen vår vet hvilken informasjon som skal filtreres ut og hva den skal vurdere som den viktigste, så i enheter med kunstig intelligens gjøres dette av menneskeskrevne algoritmer. Inntil de kan gjenskape de komplekse algoritmene til den menneskelige hjernen.
For mange variabler å kontrollere
Noen vitenskapelige institutter planlegger i nær fremtid å ikke lage en egen nevroprotese av et ben eller en arm, men et helt eksoskjelett for personer med cerebral parese. Med denne formen for protese må eksoskjelettet motta informasjon ikke bare fra hjernen, men også fra ryggmargen. Med en slik enhet, koblet til alle de viktige nerveendene i kroppen, kan en person kalles en ekte cyborg. Å ha på seg et eksoskjelett vil tillate en fullstendig lammet person å gjenvinne evnen til å bevege seg. Men problemet er at implementeringen av bevegelsen ikke er alt som kreves fra NCI. Hudskjelettmå også ta hensyn til balanse, koordinering av bevegelser, orientering i rommet. Selv om oppgaven med å implementere alle disse kommandoene samtidig er vanskelig.
Folk er redd for det nye
Den ikke-invasive metoden for implantatplassering er effektiv under laboratorieforhold, men i vanlige liv vil denne metoden neppe møte forventningene som stilles til den. Kontakten med en slik forbindelse er svak, den brukes hovedsakelig til å lese signaler. Derfor, i medisin og i nevroproteser, bruker de som regel den kirurgiske metoden for å introdusere elektroder i kroppen. Men få mennesker vil gå med på å kombinere kropp og ukjent teknikk. Etter å ha hørt om terminatorene og cyborgene fra Hollywood-filmer, er folk redde for fremgang og innovasjoner, spesielt når de angår en person direkte.
