Силата на мисълта За да отворите програмата, помислете два пъти за иконата, Popular Mechanics Magazine
Игор Шевелев, ръководител на Лабораторията по физиология на сетивните системи на IVND и NP RAS, ни заведе до тежка врата, дебела един лакът, дръпна я към себе си с видимо усилие и светая светих се отвори пред нас. Стените на малка стая са изцяло покрити с метална мрежа и звукопоглъщащи екрани, които предпазват оборудването, разположено тук, от всички видове електромагнитни смущения. В средата имаше самотен стол с куп жици, свързани с мощни усилватели, прикрепени към таблата. „Всеки човек, носещ специална каска, който седи тук, може да управлява компютър с помощта на ума си, а чрез него различни механични устройства: роботи, манипулатори и електрически автомобили“, обясни Игор Шевелев, пляскайки износената изкуствена кожа. „Но най-важното е, че с помощта на мисълта вече е възможно да се въвежда текст на компютър, което е истински пробив в приложната неврофизиология.“ Честно казано, беше трудно за вярване. Това нещо е твърде абстрактна мисъл, за да бъде толкова лесно да се улови и дори да се превърне в команди за компютър, робот, електрическа кола ...
В зората на компютърната ера
Идеята за управление на автомобил само със силата на мисълта възниква в средата на 20 век, когато електроенцефалографите (ЕЕГ) започват да се използват широко за изследване на дейността на мозъка. Първият, който го прилага на практика е англичанинът Едмънд Дюан. През 1967 г. в Кеймбридж той провежда серия от експерименти, в които хора, свързани с ЕЕГ оборудване, се научават да контролират амплитудата на алфа ритъма на мозъка. Субектите независимо, релаксиращи или възбуждащи, предаваха сигнали, които бяха преобразувани от компютър в точки или тирета, сгъваеми в морзова азбука. Съвсем естествено е, че първата дума, предадена мислено на телетайпа, беше думата "кибернетика".
идеявоенните поеха веднага. В началото на 70-те години на миналия век Агенцията за напреднали изследователски проекти на отбраната на САЩ (DARPA) обяви началото на работата по създаването на нищо по-малко от изтребител, управляван само от силата на мисълта. В проучването се включиха водещи научни организации в САЩ. Бяха разработени системи, които позволиха на пилота, без да се разсейва от управлението на самолета, да включва и изключва редица функции на авиониката. За съжаление, ниското ниво на технологиите по това време не позволи да се завърши започнатата работа. Компютрите и другите електронни устройства бяха твърде големи, за да бъдат поставени на самолети, а тяхната производителност остави много да се желае. Програмата е отменена.
Учените си спомниха за това едва през 90-те години на ХХ век, когато новите разработки в електрониката и компютърните технологии направиха възможно връщането към създаването на интерфейс мозък-компютър (BCI) на качествено ново ниво. В момента такива системи се разработват активно в САЩ, Германия, Япония, Китай, България и други страни.
-
Технологии
Телескопични контактни лещи: Надграждане на зрението
Бутилирана вода: защо пластмасата е вредна и дали си струва да преминете към филтрирана вода
Хора киборги
През 1998 г. бяха проведени почти идентични експерименти едновременно в две точки на земното кълбо - университета Емори (САЩ) и университета в Тюбинген (Германия). На мъж, парализиран след инсулт, бяха имплантирани микроелектроди директно в мозъка му, с помощта на които компютър измерва електрическите импулси на мозъка и ги преобразува в команди за управление на курсора. Пациентът си представяше, че движи дясната или лявата си ръка, а курсорът на екрана на монитора се движеше в една или друга посока. Избор на екрана отпредварително подготвен списък с различни фрази, човек с увреждания може да се обади на медицинска сестра, да поиска храна или напитка и да включи или изключи телевизора.
Функционалността на това устройство доведе учените до идеята да се опитат да направят механични протези, управлявани от мозъка чрез имплантирани в него електроди.
Но най-далеч отиде американската компания Cyberkinetics. През пролетта на 2005 г. тя успешно завърши многогодишно изпитване на чипове за импланти BrainGate, предназначени да улеснят живота на парализирани пациенти.
Първият човек, на когото е имплантиран чип-чудо в мозъка, е Матю Нейгъл. 25-годишен американец беше напълно парализиран през 2001 г. в резултат на прободна рана във врата. Досега той не може да диша без респиратор и се движи изключително в инвалидна количка. Въпреки това, благодарение на професор Джон Донахю, ръководител на катедрата по неврофизиология в Медицинския факултет на университета Браун (САЩ), той има възможност значително да подобри качеството на живота си. По време на тричасовата операция в мозъка на Нейгъл са имплантирани няколко електрода, които са разположени над моторните сензори на мозъчната кора, откъдето произлизат сигналите, управляващи движението на ръцете. На последния етап от операцията на главата на Нейгъл беше фиксирано специално метално устройство, което позволи на чипа да предава информация на компютъра. Първоначално пациентът просто се научи да движи курсора около екрана на компютъра, мислено си представяйки, че използва ръцете си, и беше доста успешен в това. Към днешна дата той вече знае как да включва и изключва телевизора, свързан с компютъра, да движи роботизираната ръка. Първият експеримент беше толкова успешен, че през пролетта на 2004 г. Администрацията по храните и лекарстватаСъединените щати (Агенция по храните и лекарствата - FDA) даде зелена светлина за широкото използване на BrainGate в медицинската практика. Cyberkinetics вече е инвестирала 9 милиона долара в проекта BrainGate, през 2007-2008 г. ще пусне готовия продукт на пазара.
Магически шлем и пишеща машина
Въпреки това, не всички пациенти са съгласни, че електродите трябва да бъдат поставени в черепа им. В момента учени от различни страни се борят да създадат интерфейс, който улавя мозъчни сигнали без пряк контакт с него. По този път тръгнаха и български изследователи от Научноизследователския институт по висша нервна дейност и неврофизиология на Руската академия на науките, които получиха научен грант от родната иновационна компания BiNeuro.
„Работим върху системата BCI само от година и половина, но вече постигнахме добри резултати“, казва Игор Шевелев. „Апаратурата, която разработихме, разчита мозъчните потенциали чрез система от електроди, прикрепени към специален шлем. Това е обикновен енцефалографски шлем. Чрез вериги от проводници той е свързан към мощни усилватели, които от своя страна предават обработените сигнали към компютъра. Цялата тайна се крие в софтуера, който разпознава биопотенциалите на мозъка и е в състояние да се адаптира по време на работа към особеностите на мисленето на конкретен човек. По-усъвършенстваното разпознаване на умствени образи позволява не само да се дадат на компютъра най-простите команди, но и да се отпечата текст на екрана на монитора с помощта на една мисъл.
„По принцип ние включваме студенти да тестват комплекса“, влиза в разговор Владимир Конишев, водещият специалист по проекта. - Преди това се опитваха да канят свои служители или специалисти от съседни отдели. Но те бяха „твърде умни“. Факт е, че учените, седнали на стол, мислят не за умствен контрол, а закак работи всичко. В резултат на това резултатите от експериментите са смазани. Студентите не се интересуват от всички тези железни парчета. Проведе сесия, получи пари - и върви, Вася.
Един от тези изпитатели е хилавият третокурсник Иван. Докато разговаряме с ръководителите на проекта, лаборантите започват да закачат на главата му платнена каска с много сензори. Процедурата е много трудоемка. С помощта на специална спринцовка кожата в точките на контакт на електродите с главата се смазва с гел, който намалява съпротивлението при преминаване на сигнали. Половин час по-късно Иван, повит като бебе с шапка, е тържествено поставен на тестовия стол и той започва да наднича напрегнато в монитора. Експериментът започна! На екрана има дори колони с букви от българската азбука. От време на време през тях минават вертикални и хоризонтални зелени ивици, подчертаващи колони или редове. Веднага щом тестерът види скритата буква на екрана, в мозъка му се появява характерен модел на вълни, който се записва от сензорите. Компютърът обработва получената информация и показва скритата буква на съседния монитор.
Какви са перспективите за подобни системи? Могат ли наистина да се конкурират с конвенционалните начини за управление на компютри с бутони, клавиатури, джойстици или мишки? Учените казват, че в бъдеще това е напълно възможно и в някои области на приложение такъв интерфейс ще стане просто незаменим. Междувременно функционалността на първите устройства все още не е на ниво: въвеждането на дума от четири букви отнема около 2-3 минути. „Разбира се, в сравнение с обикновена пишеща машина или лаптоп, тези цифри не са много добри“, въздъхва Игор Шевелев. - За обикновения човек е по-лесно да използва устройства, които са доказани от дълго време. Но за инвалидипарализа на ръцете и краката, те не са налични. Способността да въвеждат текст и дори да управляват компютър директно през мозъка може да бъде истинско спасение за тях. И две минути за въвеждане на една дума няма да им се сторят много бавни.
Инвалидна количка с ментален контрол
Обхватът на BCI системите не се ограничава до въвеждане. В близко бъдеще с тяхна помощ ще бъде възможно да се контролира маса от механични устройства (инвалидни колички, примитивни роботи, манипулатори), интегрирани с компютър. Прилагането на тези функции не е толкова трудно. Необходими са само пет команди за придвижване на инвалидната количка: напред, назад, надясно, наляво и стоп. Умственото навигиране в тях е много по-лесно, отколкото в три дузини букви и препинателни знаци.
През зимата на 2003 г. швейцарски учени от Федералния технологичен институт и испански специалисти от Центъра за биомедицински инженерни изследвания в Барселона започнаха да разработват такава инвалидна количка. Тестовете на първите прототипи показаха, че можете да научите как да управлявате това устройство само за няколко дни. Но в процеса инженерите се натъкнаха на неочаквана трудност.
„Сега надеждността на разпознаването на умствени команди от машина се доближава до 96%“, казва Игор Шевелев. Този резултат обаче не се счита за достатъчно приемлив. Оказва се, че всяка тридесета команда може да бъде разбрана погрешно от компютъра. При писане това не е толкова страшно, но при шофиране на инвалидна количка всяка грешка може да има катастрофални последици. Представете си какво ще се случи, ако човек с увреждания, претърколил се до ръба на ямата, даде умствена команда да се върне назад и каретата внезапно се втурва напред в бездната. Следователно все още не е възможно да се използва инвалидна количка за движение.
Инженерите се стремятдоведете вероятността за правилно разпознаване до 100%. В някои експерименти, проведени от изследователската група на Игор Шевелев, вече са постигнати подобни резултати. И по всяка вероятност през следващите пет години ще бъдат пуснати в продажба „ментални инвалидни колички“, както и други хардуерни и софтуерни системи, базирани на BCI системи, както чужди, така и български. Според Cyberkinetics пазарът на BCI се оценява на около 2 милиарда долара.
Какъв е нашият живот? Игра!
Принципите на менталния контрол на електронните устройства могат да се прилагат не само за улесняване на живота на хората с увреждания, но и за обучението и развитието на децата, както и просто за забавление.
През пролетта на 2003 г. изследователи от Шведския интерактивен институт представиха на обществеността играта Mindball или "Brainball", която може да се играе с помощта на умствени команди. Двама души в "телепатични" бандани седят на маса, под която са поставени мощни електромагнити, и се опитват да търкулнат метална топка във вратата на противника. Системата регистрира алфа и тета вълни в мозъка на играчите. Печели този, който може да релаксира най-добре. За по-голямо забавление електроенцефалограмите на играчите се показват на големи монитори. Interactive Producline, основана в института, вече пусна Mindball за продажба и я предлага на всички на цена от $19 000 за комплект.
Инженерите от лабораторията „Музика на бъдещето“ към университета в Плимут (Великобритания) отидоха още по-далеч и обявиха, че с помощта на тяхното оборудване е възможно мислено да се пише музика. Вярно е, че е в състояние да разпознае само най-примитивните мелодии.
„Сега технологиите за компютърен анализ на електрическата активност на мозъка се развиват толкова бързо, че скоро ще станемСвидетели на раждането на устройства с по-сложно естество, способни не само да разпознават умствени команди, но и да определят за какво мисли човек в един или друг момент“, казва Алексей Иваницки, ръководител на лабораторията по висша нервна дейност на човека в Института по висша нервна дейност на IVND и NP РАН. — Проучва се възможността за използване на електроенцефалограмата (ЕЕГ) на мозъка за оценка на вида умствена задача, решена от човек. Такива комплекси могат да се използват за управление на мисленето на пилоти или космонавти по време на сложни маневри.