USD: 64,3352 | EURO: 72,2291 |
Сегодня: +14 | Завтра: +15 |
19 июня 2019. 02:17
22.12.2017 13:57

Как подключить мозг к компьютеру. Что уже умеет наука

В конце ноября «Телеграф» побывал на «Нейрофоруме» и выставке проектов нейротехнологий, которые разрабатывают российские ученые. Оказалось, что они уже знают, как мозг может напрямую управлять компьютером и техникой, и работают над тем, чтобы сделать общение между компьютером и мозгом еще более близким и естественным. О том, как инженеры и математики помогают читать человеческие мысли и для чего это нужно, нам рассказал профессор Высшей школы экономики Алексей Осадчий.

От камер слежения до нейровизуализации

Алексей Осадчий закончил Московский государственный технический университет им. Баумана по специальности инженер, за докторской степенью уехал в Университет Южной Калифорнии. До отъезда занимался проектом по обработке видеоизображений, созданию алгоритмов распознавания, слежения за движущимися объектами, теми самыми, которые сейчас используются в системах дорожного видеонаблюдения для фиксации нарушений правил дорожного движения.

«То, что сейчас на дорожных видеокамерах стоит, частично моих рук дело. Я от них сам страдаю теперь в среднем на пять тысяч в месяц», — смеется он.

Но ученую степень он получил совсем за другую работу, а именно за нейрокартирование функций мозга при помощи магнитоэнцефалографии (МЭГ), для того, чтобы найти очаги возникновения приступов эпилепсии, а также за изучение «генной экспрессии» в мозгу. Поработав некоторое время в Штатах, Алексей Осадчий вернулся в Россию и занимается в ВШЭ изучением функций мозга вместе с нейробиологами, психологами и врачами. Как математик, программист и инженер, он создает алгоритмы нейровизуализации — учится и учит других рисовать карты активности мозга для его различных состояний. 

Нейровизуализация — общее название большой группы методов, позволяющих визуализировать структуру, функции и биохимические характеристики мозга, которая делается с помощью компьютерной томографии, магнитно-резонансной томографии и/или энцефалографии. Нейровизуализация востребована в медицине, в частности в неврологии, нейрохирургии и психиатрии.

Сейчас группа Алексея Осадчего в ВШЭ работает над созданием алгоритмов, которые помогают обрабатывать информацию, считываемую из мозга при помощи аппаратов магнито и электроэнцефалографа. Разрабатываются подходы к неинвазивному поиску участков коры, обменивающихся между собой информацией. Это проходит в процессе экспериментов, которые изучают реакцию мозга на различные стимулы, визуальные или слуховые и в контексте широкого круга когнитивных задач.

В ходе экспериментов людям показывают различные картинки попеременно, например, кошечек и собачек или собачек и, скажем, домкратов. Или дают слушать различные звуки, а аппаратура фиксирует реакцию в разных отделах мозга.

«Так мы узнаем, в каких отделах мозга и с какой скоростью на них (изображения или звуки) начинается реакция. В чем разница между этими состояниями. В каком месте в мозге огонек зажжётся, когда, как они между собой будут перемаргиваться, синхронизироваться. Может, они попеременно моргают или одновременно», — объясняет ученый. Его задача, как математика и программиста, создать такой алгоритм обработки полученной информации, который позволит построить картину того, как все это в нашей голове обрабатывается, и при этом отстроится от индивидуальныхе особенностейи мозга исследуемого человека, а понять общий принцип работы мозга.

«Во всех парадигмах мы изучаем мозг, как некий очень простой механический объект. Мы помещаем его в очень простые, строго контролируемые условия. Образно, мы как бы подходим к огромному колоколу с очень маленьким молоточком и начинаем его изучать, но мы с этим маленьким молоточком не узнаем ведь, дает ли он малиновый звон», — объясняет Осадчий. И все же, даже так, очень многое об этом «колоколе» ученые уже узнали. Сейчас они изучают более сложные процессы принятия решений.

Аватар — не только название фильма

С помощью специальных электродов, которые прикладываются к определенным отделам головы, уже можно не только получить картину работы мозга, но и научиться действовать мозгом напрямую, например, управляя «аватаром» в компьютерной игре или приводя в движение игрушечные машинки. Более того, наблюдая визуализированную картину деятельности своего мозга в режиме реального времени, можно научиться управлять своими показателями. Эти возможности сейчас начали использовать для немедикаментозной терапии эпилепсии, депрессии, реабилитации после инсульта.

27 ноября в Санкт-Петербурге прошли первые международные соревнования людей с ограниченными возможностями, использующих ассистивные нейротехнологии. В одном из них люди соревновались в прохождении компьютерной игры, управляя ей с помощью прямых команд мозга. Команда ВШЭ в этих играх выставила атлета-колясочника Артема Воробьева, который всего 5 получасовых занятий научился управлять движением подводной лодки в игре, воображая движения своими руками или обездвиженными ногами. Лодка двигалась вверх или вниз в зависимости от того, на какой части тела концентрировалось его внимание – на ногах или руках. Информация в компьютер передавалась со специальных датчиков, прикрепленных к голове, которые снимали данные сенсомоторного ритма, который связан с движением частей тела. Этот ритм, как и другие, можно тренировать, даже оставаясь без движения. Ученые знают уже несколько видов ритмов головного мозга (диагностируемые электрические колебания), самый известный из которых – альфа-ритм. Именно его показатели сейчас используются в популярных нейроигрушках – нейромашинках, которые двигаются в зависимости от того, расслаблен человек или на чем-то сконцентрировал свое внимание.

Фитнес для мозга

Управлять своим мозгом люди умеют уже давно. Особых успехов в этом достигли йоги. Но на каждого хорошего гуру не хватит, а вот специальные устройства могут в этом помочь многим. С помощью нейровизуализации можно увидеть сигналы своего мозга и научиться управлять ими только с помощью своей мысли или желания. Так, глядя на экран монитора, который показывает колебания столбика, соответствующего колебанию ритмов мозга, можно научиться делать его выше или ниже, развивая те или иные участки мозга. Впрочем, по словам Алексея Осадчего, тот же альфа-ритм своего мозга человек может перестроить за полдня и даже научиться определять, высокий он или низкий без аппаратуры.

Сейчас тренировка мозговой активности часто используется в спорте и в некоторых профессиях. В зарубежных спортивных клубах используют парадигму нейрообратнойсвязи для тренировки концентрации и сосредоточенности атлетов, объясняет Осадчий. Свое внимание подобным образом тренируют авиадиспетчеры. Также эта методика популярна у поклонников медитации.

Кроме того, парадигма нейрообратной связи (neurofeedback) может использоваться для немедикаментозного лечения некоторых заболеваний. Например, Алексей Осадчий рассказал, что, наблюдая в режиме реального времени за показателями своего мозга, люди, больные эпилепсией, могут научиться предотвращать начало припадка. Эпилептический припадок возникает вследствие неконтролируемого разряда нейронов в мозгу, и если вычислить, где и когда он начинается, то можно научиться его останавливать.

Нейрообратная связь (neurofeedback) — технология, которая заключается в непрерывном мониторинге в режиме реального времени определенных показателей активности головного мозга и при помощи мультимедийных, игровых технологий, а также технологий виртуальной реальности и других приемов — сознательном, а иногда даже неосознаваемом управлении этими показателями.

К настоящему времени исследователи также выяснили, что тренировка биологической обратной нейросвязи может помочь в лечении депрессий, фобий, синдрома дефицита внимания у детей и некоторых других заболеваний, а также при реабилитации после инсультов. Подобные исследования проводятся уже много лет, и ученые полагают, что с помощью подобных тренингов можно расширить возможности нашего мозга — улучшить память, способность к обучению и даже творческие способности. Во всяком случае, такие задачи перед собой ставит российский проект «Нейронет». По словам Алексея Осадчего, сейчас в области медицинского применения технологии нейрообратной связи все еще слишком много шарлатанов, эксплуатирующих эффект плацебо, но сама по себе нейрообратная связь вполне научна и работает.

«НейроНет — это среда информационного обмена нового поколения, которая станет следующим этапом развития современного интернета. Взаимодействие участников будет осуществляться с помощью инновационных нейрокомпьютерных интерфейсов, а сами компьютеры станут нейроморфными (похожими на мозг). В будущем технологии, продукты и услуги рынка НейроНета охватят все аспекты жизни и существенно расширят возможности человека».

До «Матрицы» пока далеко, но это уже не фантастика

На Западе нейронаукой занимаются давно, но в России интерес к ней всколыхнулся в 2010 году, а к 2013 не только ученые, но и государство и предприниматели поняли, что нужно этим заниматься, чтобы хотя бы не отстать от западных разработок. Был создан отраслевой союз «Нейронет», который стремится объединить ученых, бизнесменов и чиновников для создания технологий и поддержки изобретений, которые помогут расширить ресурсы мозга. В планах проекта развитие нейромедицины, нейроразвлечений, нейрообразования, нейромаркетинга и рекламы.

Такие же задачи решают и на Западе. В США инвестициями в нейронауку занимается, например, владелец Tesla и SpaceX миллиардер Илон Маск. Маск хочет создать импланты, при помощи которых можно считывать и анализировать информацию прямо из мозга, а также замещать функцию поврежденной нервной ткани.

«Маск хочет сделать импланты в мозг, при помощи которых он бы считывал информацию оттуда и ее анализировал для совершенно разных целей, например, для управления внешними устройствами, протезами, уже не говоря о том, что в недалеком будущем все это будет подсоединено к так называемому «интернету вещей» прямо через голову. Это, конечно, ужасно и я не понимаю, зачем это нужно, но это, скорее всего, будет так. Это чистой воды «Матрица», — рассказывает Осадчий. При этом сам ученый вовсе не сторонник «киберстрашилок»: «Я далек от мысли о том, что мы будем слиты с компьютером настолько, чтобы подхватить компьютерный вирус. Мозг такая живая штука, он меняется, если надо будет поставить защиту, он ее поставит», — считает он.

Сейчас, научная группа ВШЭ Центра нейроэкономики и когнитивных исследований во главе с Алексеем Осадчим и нейробиологом Михаилом Лебедевым занимается разработкой технологии, которая позволит объединить мозг и компьютер. В начале декабря ученые получили мегагрант на создание «двунаправленных интерфейсов Мозг-Компьютер для управления, стимуляции и коммуникации». 

Этот грант посвящен созданию помещаемых в мозг интерфейсов, которые бы не только декодировали активность мозга и передавали управляющий сигнал в протез, но также получали данные от протеза и передавали их обратно в мозг, замыкая , таким образом, петлю обратной связи. Такая технология двунаправленных интерфейсов позволит сделать управление протезом более естественным и создать ощущение собственной конечности. Это позволит не только повторять естественные движения тела, но и получать от протезов обратную связь и поможет вернуть людям с ампутированными руками, например, чувство осязания. Также она позволит естественно регулировать силу механической руки сигналами от мозга. Господин Осадчий считает эту задачу большим вызовом для ученых. Но для ее воплощения в жизнь нужно решить еще массу технических проблем.

«Нужно, во-первых, понять, при помощи какого импланта можно считывать активность, как сделать имплант, который не будет отторгаться? Для этого он должен обладать механическими свойствами, похожими на свойства мозга, что-то вроде геля или желе. Также имплант должен обеспечивать определенную многоканальность, но не нести септических рисков, то есть, скорее всего, он должен быть размещен внутри мозга и общаться с внешними устройствами через радиоканал», — рассуждает собеседник.

Проблем на самом деле много: ведь у такого импланта должен быть источник энергии, а имплант должен по каналу связи передавать очень много информации на протез и обратно. Кроме того, необходимо разработать алгоритм, который будет в режиме реального времени декодировать данные, полученные из мозга, а потом обратно кодировать в тот же формат данные протеза о свойствах поверхности, которой он касается, или о силе сжатия. Решение этой задачи поможет множеству людей снова зажить полноценной жизнью: снова начать ходить, пользоваться руками.

Развитие нейронауки может помочь и здоровым людям, расширив возможности их мозга. Исследования в ней проводятся на стыке нескольких наук — биологии, математики, кибернетики и психологии. Уже сейчас в России множество заинтересованных исследователей работают над разработкой нейрогаджетов для обучения, развития творческих способностей и даже для отдыха и релаксации, не говоря уже о тренировке мозга. 

Новости партнеров


Фоторепортажи

11 июня >

Постой, паровоз! РЖД построила дорогу к парку «Рускеала» и пустила по ней ретропоезд для туристов из Петербурга

Посмотреть на красоту Карелии стало проще, быстрее и безопаснее.
27 мая >

Стиляги, троллейбусы и клоуны. Посмотрите фотографии «Телеграфа» с Дня города

День рождения Петербурга отметили парадом ретроавтомобилей и рекордом барабанщиков.
3 мартa >

Весне дорогу! Петербуржцы показали город после зимней грозы

«Телеграф» собрал фотографии пользователей из Instagram, на которых видно, как город замело снегом всего за несколько часов.
24 февраля >

Туманный Петербург. Пользователи Instagram показали, как выглядел город утром

«Телеграф» собрал в соцсетях снимки пользователей.
Наверх

Не пропускайте важные новости и истории о жизни в России и мире — подпишитесь на «Телеграф» в социальных сетях