Postupne do našich životov vstupuje veľa nových vecí. Technologický vývoj nestojí na mieste a zajtra sa môže stať to, o čom sme sa včera neodvážili snívať. Neuropočítačové rozhranie (NCI) vytvára skutočné spojenie medzi ľudským mozgom a technológiou, ich čiastočnú interakciu.
Čo je NCI?
NCI je systém na výmenu informácií medzi ľudským mozgom a elektronickým zariadením. Výmena môže byť obojsmerná, kedy elektrické impulzy prichádzajú zo zariadenia do mozgu a naopak, alebo jednosmerná, kedy informácie prijíma len jeden objekt. Zjednodušene povedané, NCI je to, čo sa nazýva „riadenie sily myslenia“. Veľmi dôležitý objav, ktorý je už široko používaný v mnohých oblastiach života.
Ako funguje NCI?
Uróny mozgu si navzájom prenášajú informácie pomocou elektrických impulzov. Ide o veľmi zložitú a zložitú sieť, ktorú vedci ešte nedokážu úplne analyzovať. Ale s pomocou NCI bolo možné čítať časť informácií mozgových impulzov a prenášať ich do elektronických zariadení. Oni sa zase môžu transformovaťimpulzy do akcie.
História štúdia NCI
Je pozoruhodné, že práce ruského vedca IP Pavlova o podmienených reflexoch sa stali základom pre vývoj NC rozhrania. Dôležitú úlohu pri štúdiu NCI zohrala aj jeho vlastná práca o regulačnej úlohe mozgovej kôry. Výskum IP Pavlova prebiehal začiatkom dvadsiateho storočia v Ústave experimentálnej medicíny v Petrohrade. Neskôr Pavlovove myšlienky v smere rozhrania NC rozvinuli sovietsky fyziológ P. K. Anokhin a sovietsky a ruský neurofyziológ N. P. Bekhtereva. Globálny výskum NCI sa začal až v 70. rokoch minulého storočia v Spojených štátoch. Pokusy sa uskutočňovali na opiciach, potkanoch a iných zvieratách. Vedci pracujúci s experimentálnymi opicami v priebehu výskumu zistili, že za pohyby ich končatín sú zodpovedné určité oblasti mozgu. Od tohto objavu je ďalší osud NCI spečatený.
Elektroencefalografia (EEG)
Elektroencefalografia je metóda čítania elektronických impulzov mozgu neinvazívnym pripojením elektród k hlave človeka. Neinvazívna metóda je metóda, pri ktorej sú elektródy pripevnené na hlavu človeka alebo zvieraťa, bez priameho zavedenia do mozgovej kôry. Metóda EEG sa objavila pomerne dávno a výrazne prispela k rozvoju rozhrania mozog-počítač. Metóda EEG sa používa dodnes, pretože je lacná a účinná.
Fázy NCI
Informácie prichádzajúce z ľudského mozgu sa spracovávajúelektronické zariadenie v štyroch krokoch:
- Prijímať signál.
- Predbežná úprava.
- Interpretácia a klasifikácia údajov.
- Výstup údajov.
Prvá fáza
V prvej fáze sa elektródy buď zavedú priamo do mozgovej kôry (invazívna metóda), alebo sa pripevnia na povrch hlavy (neinvazívna metóda). Začína sa proces čítania informácií z mozgových buniek. Elektródy zhromažďujú údaje z jednotlivých systémov neurónov zodpovedných za rôzne akcie.
Predbežná úprava
V druhej fáze rozhrania mozog-počítač sú prijaté signály predbežne spracované. Zariadenie extrahuje charakteristiky signálu, aby zjednodušilo zložité zloženie údajov, odstráni nepotrebné informácie a šum, ktorý ruší jasné signály mozgu.
Tretia fáza
V tretej fáze rozhrania NDT sa informácie interpretujú z elektrických impulzov do digitálneho kódu. Označuje akciu, signál, ktorý dal mozog. Výsledné kódy sú potom klasifikované.
Výstup údajov
Výstup informácií prebieha vo štvrtej fáze. Digitalizované údaje sa odosielajú do zariadenia pripojeného k mozgu, ktoré vykoná mentálne daný príkaz.
Neuroprotetika
Jednou z hlavných oblastí implementácie mozgového rozhrania je medicína. Nervové protézy sú určené na obnovenie spojenia medzi ľudským mozgom a činnosťou jeho orgánov, na nahradenie orgánov poškodených chorobou alebo úrazom s následnou obnovou funkcií zdravého organizmu. NCI môže byť obzvlášť dobré pre ľudí s paralýzou alebo stratou končatín. Pri používaní nervových protéz sa využíva princíp fungovania rozhrania mozog-počítač. Veľmi zjednodušene povedané, človek je vybavený protetickými rukami alebo nohami, z ktorých vedú elektronické implantáty do oblasti mozgu zodpovednej za pohyb tejto končatiny. Neuroprotetika prešla mnohými testami, no náročnosť jej masového použitia spočíva v tom, že NCI nedokáže plne čítať mozgové signály a ovládanie protéz v bežnom živote mimo laboratória je náročné. Pred niekoľkými rokmi chcelo Rusko zaviesť výrobu neuroprotéz, no zatiaľ sa to nepodarilo zrealizovať.
Sluchové protézy
Ak sa protetické končatiny ešte neobjavili na masovom trhu, potom sa kochleárny implantát (protéza, ktorá pomáha obnoviť sluch) používa už dlho. Na jej prijatie musí mať pacient výrazný stupeň senzorineurálnej straty sluchu (teda takú poruchu sluchu, pri ktorej je narušená schopnosť načúvacieho prístroja prijímať a analyzovať zvuky). Obnova sluchu pomocou kochleárneho implantátu sa používa vtedy, keď konvenčný načúvací prístroj nedáva očakávané výsledky. Implantát sa implantuje do ušného aparátu a priľahlej časti hlavy ako výsledok chirurgického zákroku. Ako každé iné rozhranie mozog-stroj, aj kochleárny implantát musí nositeľovi úplne sedieť. Aby sa pacient naučil, ako ho používať a začal vnímať implantát ako nové ucho, musí absolvovať dlhú rehabilitáciu.
Budúcnosť NCI
V poslednej dobe môžete všade počuť a čítať o umelej inteligencii. To znamená, že sa plní sen mnohých ľudí – čoskoro vstúpi náš mozog do symbiózy s technológiou. Nepochybne to bude nová éra vo vývoji ľudstva. Nová úroveň vedomostí a príležitostí. Vďaka rozhraniu mozog-počítač sa v mnohých oblastiach vedy objaví veľké množstvo nových a dôležitých objavov. Okrem toho, že sa používa na medicínske účely, NCI už dokáže prepojiť používateľa so zariadeniami virtuálnej reality. Napríklad virtuálna počítačová myš, klávesnica, postavy v hrách virtuálnej reality atď.
Riadenie bez rúk
Hlavnou úlohou neuropočítačového rozhrania je nájsť možnosť ovládania zariadení bez pomoci svalov. Objavy v tejto oblasti poskytnú ľuďom s paralýzou viac príležitostí v pohybe, šoférovaní a vychytávkach. Už teraz NCI hladko spája ľudský mozog a počítačovú umelú inteligenciu. To bolo možné vďaka hlbokému štúdiu princípov ľudského mozgu. Na ich základe sa zostavujú programy, na ktorých funguje NCI a umelá inteligencia.
NTI v robotike
Keďže vedci zistili, že za pohyb svalov sú zodpovedné určité oblasti mozgu, okamžite im napadla myšlienka, že ľudský mozog dokáže ovládať nielen svoje telo, ale aj humanoidný stroj. V súčasnosti sa vyrába mnoho rôznych robotických strojov. Vrátane humanoidov. Robotici sa snažia vo svojich humanoidných dielachnapodobňovať správanie skutočných ľudí. Programovanie a umelá inteligencia sa však s touto úlohou zatiaľ vyrovnáva o niečo horšie ako NCI. Pomocou NC rozhrania môžete ovládať robotické končatiny na diaľku. Napríklad na miestach, kde je nemožný ľudský prístup. Alebo v zamestnaniach, ktoré vyžadujú presnosť šperkov.
NCI na paralýzu
V medicíne je nepochybne najžiadanejšie rozhranie mozog-počítač. Ovládanie protetických rúk, nôh, ovládanie invalidného vozíka mysľou, správa informácií v smartfónoch, počítačoch bez rúk atď. Ak sa tieto inovácie stanú všadeprítomnými, zlepší sa životná úroveň ľudí, ktorí sú momentálne obmedzení v pohybe. Mozog bude okamžite prenášať príkazy do zariadení, obíde telo, čo pomôže človeku s postihnutím lepšie sa prispôsobiť prostrediu. Pri skúšaní neuroprotetiky však odborníci čelia niektorým problémom, na ktoré dodnes nevedia nájsť riešenia.
Výhody a nevýhody rozhrania mozog-počítač
Napriek tomu, že používanie NC rozhrania má veľa výhod, má aj nevýhody. Výhodou pri rozvoji NCI v medicíne je fakt, že ľudský mozog (najmä jeho kôra) sa veľmi dobre adaptuje na zmeny, vďaka čomu sú možnosti rozhrania NCI takmer neobmedzené. Otázka je len za vývojom a objavovaním nových technológií. Ale sú tu nejaké problémy.
Nekompatibilita telesných tkanív so zariadeniami
Po prvé, ak zadáteimplantáty invazívnym spôsobom (vo vnútri tkanív), je veľmi ťažké dosiahnuť ich plnú kompatibilitu s tkanivami pacienta. Tie materiály a vlákna, ktoré musia byť úplne implantované do organického tkaniva, sa len vytvárajú.
Nedokonalá technika v porovnaní s mozgom
Po druhé, elektródy sú stále oveľa jednoduchšie ako mozgové neuróny. Nie sú ešte schopné prenášať a prijímať všetky informácie, ktoré nervové bunky mozgu s ľahkosťou zvládajú. Preto je pohyb končatín zdravého človeka oveľa rýchlejší a presnejší ako pohyb neuroprotéz a zdravé ucho vníma zvuky jasnejšie a správnejšie ako ucho s kochleárnym implantátom. Ak náš mozog vie, aké informácie odfiltrovať a ktoré považovať za hlavné, tak v zariadeniach s umelou inteligenciou to robia algoritmy napísané človekom. Kým nedokážu replikovať zložité algoritmy ľudského mozgu.
Príliš veľa premenných na kontrolu
Niektoré vedecké ústavy plánujú v blízkej budúcnosti vytvoriť nie samostatnú neuroprotézu nohy alebo ruky, ale celý exoskelet pre ľudí s detskou mozgovou obrnou. Pri tejto forme protézy musí exoskeleton prijímať informácie nielen z mozgu, ale aj z miechy. S takýmto zariadením, spojeným so všetkými dôležitými nervovými zakončeniami tela, možno človeka nazvať skutočným kyborgom. Nosenie exoskeletu umožní úplne ochrnutému človeku znovu získať schopnosť pohybu. Problém je však v tom, že realizácia hnutia nie je všetko, čo sa od NCI vyžaduje. Exoskeletonmusí brať do úvahy aj rovnováhu, koordináciu pohybov, orientáciu v priestore. Zatiaľ čo úloha súčasne implementovať všetky tieto príkazy je náročná.
Strach ľudí z nového
Neinvazívna metóda zavedenia implantátu je účinná v laboratórnych podmienkach, ale v bežnom živote táto metóda pravdepodobne nesplní očakávania, ktoré sa na ňu kladú. Kontakt s takýmto spojením je slabý, používa sa hlavne na čítanie signálov. Preto v medicíne a neuroprotetike spravidla používajú chirurgickú metódu zavádzania elektród do tela. Ale len málo ľudí bude súhlasiť so spojením svojho tela a neznámej techniky. Keď ľudia počuli o terminátoroch a kyborgoch z hollywoodskych filmov, boja sa pokroku a inovácií, najmä ak sa týkajú priamo človeka.
