информационный портал по вопросам биомедицинской инженерии

Сейчас на сайте 0 пользователей и 0 гостей.

Вход в систему

Недавно присоединились

  • Сергей Посохов
  • Roman Polostnikov
  • Абдусаламов Магом...
  • Комиссаров Мэлор ...
  • Олег Матвеевич
аватар: Верхов Сергей Сергеевич

Сегодня,когда я пишу эти строки, меня окружает мир электронных устройств.

Начиная от моего ноутбука и заканчивая старенькой «Нокией» пожилой попутчицы-все это цифровые устройства, которые мы носим с собой ежедневно.Сколь бы не старались спецы по эргономике, а сделать переносной компактный девайс абсолютно удобным и интуитивно понятным на данном этапе развития технологии не получится.
 

Я не зря пишу «переносной», ибо существуют «workstation», массажные кресла, совмещенные с мощными компьютерами с несколькими дисплеями и системами климат-контроля.Такие системы используют биржевые трейдеры и профи-геймеры

. Я не зря пишу «компактный» ибо не существует достаточно компактных девайсов. Кто-то возразит, что существуют наручные смартфоны, смартфоны-очки,проекционные смартфоны. Однако, все подобные проекты либо крайне сложны и капризны, либо не могут побороть «детские болезни».

 

Между тем, поступь прогресса неумолима, и человечество ждет новый виток технологий, и по многим прогнозам, это будут технологии киборгизации.Основная проблема киборгизации, как не странно, это вовсе не источники энергии или сервоприводы, или проблема отторжения тканей.Все эти проблемы решены,с тем или иным успехом, уже сегодня.Настоящая задача заключается в соединении и управлении.Данную задачу решает целый класс устройств, имеющих общее название «нейроинтерфейс».

 

Что такое нейроинтерфейс? Это одновременно система передачи данных мозг-компьютер, система управления и интерфейса, а также комбинация биологических и технических методов, обеспечивающих соединение нервов и микросхем.

 

Технически, нейроинтерфейсы можно подразделить на два типа: носимые и вживляемые. Носимые нейроинтерфейсы представлют из себя системы сьема, анализа и обработки электроэнцефалограмм, миограмм и кардиограмм.Иными словами, это медицинские диагностические комплексы,ужатые до карманных размеров, со всеми последствиями.

Рассмотрим, из чего состоит носимое устройство на примере Emotiv Epoc

Комплект состоит из:
-
USB-радиомодуля,подключаемого к компьютеру
-набора сменных электродов
-нейроинтерфейса

Конструктивно нейроинтерфейс представляет из себя горизонтальную дужку из пластика с закрепленными на ней 18 датчиками,платой-фильтром,аккумулятором, передатчиком

Датчики снимают сигналы с поверхности, затем они фильтруются и пересылаются на компьютер. Программное обеспечение анализирует и сопоставляет получаемые сигналы с определенными состояниями головного мозга.
Плюсы подобных систем:
Компактность

Безоперационная установка
Распространенность программного обеспечения

Минусы:

Низкая помехоустойчивость

Многие модели требуют смачивания электродов

 

Вживляемые нейроинтерфейсы
 

Самый старый тип нейроинтерфейсов,вживляемых напрямую в мозг.Конструктивно представляет собой матрицу платиновых электродов, вживляемых хирургически в определенные центры головного мозга.Данный метод позволяет не только получать сигналы, но и подавать их.Максимальная помехоустойчивость,чистота приема сигнала,возможность получения сигнала из глубинных слоев мозга-основные плюсы имплантатов.Однако данный тип интерфейсов применяется редко,в основном его применение ограничено опытами на животных и экспериментальными операциями на добровольцах.Причин этого несколько:
-Необходимость сложной операции

-Биодеградация электродов

-Опасность для жизни носителя

Однако именно за имплантатами будущее. Развитие робохирургических комплексов типа «Da Vinci» дает надежду на создание полностью автономных роботов-хирургов, способных проводить операции по установке нейроинтерфейсов в головной мозг человека без контроля хирурга.
Вопрос биодеградации электродов возможно решить за счет использования современных наноматериалов.

 

Расскажу немного о истории нейроинтерфейсов.
Все началось аж в 19 веке, когда Ричард Катон открыл наличие электрических сигналов на поверхности мозга животного

.Затем в 1924 году Гансу Бергеру удалось зафиксировать наличие электрических сигналов,генерируемых головным мозгом. В чем разница, спросите вы? Катон прикладывал электроды к оголенному мозгу, а Бергер получил сигнал с поверхности головы, фактически создав пращура современных нейроинтерфейсов.
Затем, в 40-х годах врач Уайлдер Пенфилд создал функциональные карты коры головного мозга.

В середине 50-х Хосе Дельгадо, профессор физиологии в Йеле, изобрел радиоуправляемый стимулятор размерами с 50-копеечную монетку.Затем он вживил стимуляторы в мозги нескольких быков, участвовавших в корриде.После этого Дельгадо...вышел на арену и стал дразнить быка.После того, как разьяренный бык кинулся на

профессора, Хосе, включил стимулятор с радиопульта.Бык,до этого имевший довольно явные намеренья поднять профессора на рога, моментально остановился.На Youtube можно найти запись этого опыта.Дельгадо также проводил подобные опыты с макаками, вживив стимулятор одному самцу, а самку-соседку обучил включать рычаг, включающий устройство.
Самка быстро поняла зависимость нажатия рычага и спокойного поведения соседа, чем и начала пользоваться.
В 60-х годах Грей Уолтер(тот самый, который изобрел робота-черепаху), подключил электроды к мозгу пациента и, стимулируя его слабым током, добился шевеления пальцем.
Также в 60-х годах Элвудом Хеннеманом было совершено удивительное открытие.Он и его коллеги обнаружили, что чем больше нейронов затребовано мозгом для совершения действия, тем больше усилия может дать мышца.

И еще в 60-х годах Нил Мииллер научил крыс подавать себе импульс в центры удовольствия, меняя параметры функций организма: кровяного давления, пульса и т. д.
Следующей вехой на пути развития нейроинтерфейсов стала работа психиатра Эдмонда Девана.В ней он снимал энцефалограмму с пациентов, которые в определенные моменты времени концентрировались на заданных символах азбуки Морзе.После первичной серии экспериментов подопытные смогли передавать через энцефалограмму целые слова и фразы на морзянке.

В 1972 году в продажу был выпущен кохлеарный имплантат.Этот крохотный аппаратик является простейшим протезом уха, как целой системы.Принцип действия иплантата прост.Носимый на теле пациента микрофон переводит акустические сигналы в электрические

В следующем,1973 году, впервые было высказано понятие «интерфейс мозг-компьютер».
Его употребил ученый Жак Видаль,также сформулировавший фундаментальные вопросы киборгизации:
Можно ли использовать данные об электрической активности мозга в качестве носителя информации при общении человека с компьютером?

Можно ли их использовать для управления различными механизмами — от протеза до космического корабля?

 

В 1978 году впервые появился рабочий протез глаза, обеспечивающий видеоканал прямо в зрительную кору головного мозга.Вчитайтесь в параметры этого чуда техники образца 78 года:

-черно-белая видеокамера, разрешение 292х512 пикселей с углом обзора в 69 градусов.
-ультразвукового дальномера
-внутричерепного имплантата из 68 платиновых электродов
-компьютера, весом в 5 кг!
С этого момента разработка нейроинтерфейсов ускорилась, как никогда раньше.
 

1988-набор текста с помошью указателя с мысленным управлением
1998-имплантация интерфейса мозг-компьютер в пациента, перенесшего инсульт.Пациент получил возможность управлять курсором.
В 2007 на рынок вышел первый коммерческий нейроинтерфейс.
Сегодня нейроинтерфейсы производят множество компаний. Их продукция различается по внешнему виду, размерам, возможностям и самое главное-цене.
Прежде чем перейти к прогнозам, хотелось бы рассказать о наиболее приметных игрокам рынка.
 

Все современные коммерческие нейроинтерфейсы представляют из себя компактные комплексы сьема электроэнцефалограмм, иногда дополненные модулями сьема миограмм
 

Эра коммерческих нейроинтерфейсов началась с одноэлектродного Mindset, дебюта компании NeuroSky.Применив новую технологию фильтра, NeuroSky победили искажения сигнала от помех, вызванных сокращениями мышц.Mindset можно купить и сейчас по цене примерно в 14-15 тысяч рублей.
 

В следующем году на рынок выходит Neural Impulse Actuator, производства OCZ Technology.Основное отличие от предшественника-цена, примерно 7-8 тысяч рублей.Ну еще три электрода вместо одного.

А вот в 2009 появился жутковатый на вид Emotiv EPOC Emotiv Systems.Напоминая жутковатый гибрид паука и шлема от электрического стула, этот прибор имел 14 электродов, плохо проработанный софт, и цену в 40 тысяч рублей.Ну еще минус в необходимости смачивания электродов физраствором.
После дебюта в 2007, NeuroSky стали производить собственные платформы для сьема сигналов и продавать их другим компаниям-партнерам.

Самый известный продукт такого партнерства-Mindflex от компании Mattel, известной по машинками «Hot Wheels».

Он же и самый популярный.Почему?Потому что Mindflex-это лабиринт с шариком,которым управляете вы посредством вентиляторов, мощность которых зависит от уровня вашей концентрации.
Следующий,не менее интересный образец популярного нейроинтерфейса, интегрированного в игрушку- кошачьи ушки Necomimi,тоже с чипом NeuroSky.Родом, разумеется,из Страны Восходящего Солнца.Софт Necomimi анализирует концентрацию(в зависимости от ее уровня переводя уши в расслабленное или настороженое положение) и эмоции(как заявлено производителем, при ощущении чувства стыда ушки прижимаются к голове).Если есть уши,должен быть и хвост.И хвост есть! Также на чипе NeuroSky,также анализирует концентрацию,только реакция немного другая: в зависимости от состояния пользователя хвост весело машет,трусливо(или стыдливо) опускается или гордо торчит трубой.Японцы,что еще сказать...

Потом, в 2013 году, вышел Orbit: Brain-Controlled Helicopter.Как ясно из названия,это вертолетик(из тех, что продают в «Детском мире» по пятьсот рублей) с управлением мозгом.Немного подробностей: да, управляется,но лишь высота полета(чем выше концентрация, тем выше летит вертолет), а остальные параметры управляются со смартфона.Интересно, что у этого проекта существует старший брат-Brainflight. Идея Brainflight схожа-управление самолетом,только настоящим.Пока что полеты проводятся на симуляторе,но обещаются и реальные полеты.По состоянию на 2015 год, освоены тангаж, крен и рыскание(управление по трем осям) и контроль двигателей.

В ангоязычном сегменте Сети есть такое понятие, как DIY(Do It Yourself ).По-русски «Сделай сам».Так вот,в 2014 году вышел первый DIY нейроинтерфейс OpenBCI.Конечно, ранние нейроинтерфейсы тоже были самодельными, но это другой случай.OpenBCI распостраняется в виде файла для 3д-принтера,набора деталей, кучки проводов, банки с контактным гелем(физраствором) и инструкцией, как это все собрать воедино.Иными словами, современный вариант радиоконструктора.

В прошлом,2015 году,вышли несколько подобных наборов.Разница между OpenBCI и ними -как между калькулятором(правда, научным) и смартфоном.
В общем, из
DIY проектов 2015 года можно выделить следующие:
Brain-duino, на платформе Arduino

ProektIntellekt, русский проект, снова Arduino (в отличии от Brain-duino на сайте приведена подробная инструкция)

OpenEEG,большой исследовательский проект с множеством вариантов на микроконтроллерах,усилителях (даже лампах!).

Любая информация по этим проектам легко находится в Сети по названию.

 

Итак, перехожу к прогнозам.
Как известно из истории, наиболее хорошо прогнозы будущего удаются фантастам.Жюль Верн,Герберт Уэллс,Артур Кларк,Рэй Брэдбери,Хьюго Гернсбек, Роберт Хайнлайн и Уильям Гибсон- признанные мастера того, что на Западе называют

«хардсайнсфикшн»-реалистичная научная фантастика.Каждый из них предсказал появление технологических явлений максимально точно.Есть свой пророк и в области киборгизации.
Наиболее удачный прогноз развития нейроинтерфейсов и киборгизации в целом предложил мангака(автор японских комиксов) Сиро Масамунэ в своей работе «Призрак в доспехах». Сам Масамуне не скрывал, что создал свою работу под впечатлением от «Нейроманта» Гибсона.Однако книга Гибсона была скорее мрачной антиутопичной фантазией,без подробностей,с классическим «голливудским» сюжетом.
Манга(японский комикс) Масамуне, наоборот,хорошо проработана в плане мелочей, сюжет описывает повседневную жизнь города будущего в том виде, который наиболее вероятен.Описаны планшетные компьютеры(в 1989!), замена тела, и многое другое.

Взяв за основу «Призрака» и добавив немного собственного мнения, можно предположить следующее развитие технологий:
 

Во-первых:развитие технологии глубокого протезирования позволит менять части тела или тело целиком на кибернетические в случаях травм,болезней или просто по желанию.
 

Во-вторых:Возможность улучшения возможностей человека за счет имплантируемых модификаторов (аугментаций) приведет к временному расколу общества на богатых и бедных.Данный раскол будет недолгим, так как рост рынка быстро нивелирует ценовой разрыв(как скачок цен на мобильники с 2005 по 2010 год).

 

В третьих: взаимоинтеграция нейроинтерфейсов и персональных компьютеров приведет к развитию имплантируемых комьютеров, а позднее и Нейронета. Нейронет-это развитие всемирной Сети, в которой взаимодействие участников будет осуществляться на принципах нейрокоммуникации(обьединении сознаний).Отсюда возникает одна из основных угроз, предсказанных Масамуне и Гибсоном.Эта угроза-хакеры.В прошлом хакеры были способны принести лишь виртуальный урон.Сегодня хакеры могут оставить город без света, перехватить управление светофорами или ядерным реактором.В будущем же хакеры смогут взламывать человеческую личность, переписывать память или же «зомбировать», программируя людей на совершение определенных действий.Вирусы и трояны также выйдут на новый уровень.Хорошо, если весь вред будет заключаться лишь в демонстрации баннера или убегающей от курсора кнопке.А если вирус будет заставлять убивать?Или вирус, прицельно выжигающий память,связанную с близким человеком? Вопрос кибербезопасности, и сегодня находящийся на высоком уровне, поднимется до высот космических.Кибертерроризм, кибервойска,киберполиция,кибероружие,и прочие «кибер» возникнут-чтобы не пропасть никогда.Но и реальное оружие получит развитие.В «Призраке в доспехах» в протезах и кибертелах часто встречается встроенное оружие.Малокалиберный пистолет в кисти руки или дробовик в предплечье кажутся фантастикой лишь на первый взгляд.На самом же деле, сделать протез руки(с небольшим количеством функции), способный стрелять,куда проще, чем полнофункциональный протез руки без возможности стрельбы.Причина кроется в большом количестве команд,необходимых для полноценного управления конечностью.Для стрельбы же требуется лишь одна команда.

Следующим пунктом стоит упомянуть развитие технологии идентификации человека по данным мозга, психопаспорту.Вероятно, что в будущем Нейронете анонимность, царящая сегодня в Сети, будет отсутствовать, либо считаться уделом преступников, военных и спецслужб.Лично я считаю, что единый идентификационный документ, основанный на мозговых волнах владельца(а они у каждого человека уникальны), будет также являться и средством оплаты(развитый аналог бесконтактной оплаты PayPass) и универсальным аккаунтом на всех возможных сайтах.Гибель анонимности и расцвет цензуры-это судьба будущего общества.

 

С другой стороны, развитие технологий бинауральных ритмов и транскраниальной стимуляции породит новое поколение цифровых наркотиков-мощных, одноразовых, легальных.Также возможна и легализация легких наркотиков.Разумеется, распостранением будет заниматься только государство, исключая частные компании.Также будут распостранены цифровые «ароматизаторы», имитирующие вкусы продуктов.

Рост транснациональных корпораций приведет к слиянию понятий «страна» и «работа». Существование частных армий перерастет во всемирную легализацию наемничества, с соответствующим ростом данного рынка.
Возможны локальные конфликты, в том числе с применением оружия массового поражения.Однако глобальные войны станут лишь страшным сном, уйдя с роли главного ужаса.Их место займут акты био- и кибертерроризма.
 

 

 

В Нейронете будут образовываться кластеры человеческих разумов, которые будут осуществлять вычисления,распределяя их между собой.
Позднее появятся капсулы жизнеобеспечения для пользователей Нейронета.
Время, проведенное в Сети, будет оцениватся больше,чем время вне Сети.

Человечество сделает очередной шаг к абсолютному примерению-объединению разумов в единый сверхразум.

 

 

 

Верхов Сергей

 

В статье использовались работы Уильяма Гибсона,Сиро Масамуне, Ф.К.Дика, а также материалы сайтов:

 

introfizika.ru

geektimes.ru

wikipedia.org

popmech.ru

bionet.nsc.ru

rosnauka.ru

darpa.mil

Комментарии

Отправить комментарий

Содержание этого поля является приватным и не предназначено к показу.
  • Доступны HTML теги: <a> <em> <strong> <cite> <code> <ul> <ol> <li> <dl> <dt> <dd> <img> <table> <td> <tr> <hr> <div> <span> <h1> <h2> <h3> <h4> <h5> <h6> <p> <pre> <adress> <center>
  • Строки и параграфы переносятся автоматически.

Подробнее о форматировании

10 + 0 =
Решите эту простую математическую задачу и введите результат. Например, для 1+3, введите 4.

Комментарии