VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Человеческий головной мозг издавна считался венцом эволюции и наиболее интересным для исследования органом. Именно этим крупным скоплением твёрдой и мягкой соединительной ткани построен тот мир, который мы можем видеть сейчас. Все окружающие нас рукотворные предметы, одежда, дома, транспорт, не были бы созданы без этого органа.

Ключевыми способностями мозга (помимо координации действия организма и связанных с ним других органов) являются: мышление, память, воображение. Все эти процессы, с точки зрения физиологии, представляют собой построение связей между отдельными нейронами. Нейрон, представляет собой нервную клетку, состоящую в простейшем виде из тела, дендритов (маленьких отростков) и аксонов (больших отростков). Отдельные нейроны могут связываться с помощью обоих типов отростков, образуя синапс. Нейроны, сами по себе, могут генерировать импульс, который и передается, через синапсы, другим нейронам. Совокупность нейронов образует нейронную сеть.

С появлением компьютеров наше общество претерпело крупные изменения. Внедрение компьютерных технологий в нашу жизнь продолжается. В настоящее время современный человек ассоциируется с техникой, дополняющей и помогающей ему. Многие из нас носят с собой телефоны. Благодаря ним мы можем связываться с другими людьми на большом расстоянии. Этого не может наш мозг (по крайней мере, это официально не подтверждено). Современные телефоны дополняют нашу память, храня в себе то, что мы боимся забыть. Развитие Интернета позволило «разгрузить» тягости нашей памяти на «плечи» носителей информации, доступ к которым мы можем получить в любой момент, и за короткое время.

Внедрение компьютерных технологий в нашу жизнь продолжается. Потоки информации растут, а доступ к ней все более и более необходим. Именно поэтому, еще с начала 70-х годов прошлого столетия, началось изучение возможности связывать человеческий мозг и компьютер напрямую, минуя посредников и увеличивая скорость доступа. Об этом и пойдет речь в моем исследовании.

Область применения интерфейса

Медицина. Одним из важных и основных применений интерфейса, это возможность реабилитации людей с ограниченными возможностями. Область применения здесь довольно велика: от ставших обыденностью сердечных стимуляторов, до нейроимплантов, заменяющих людям потерянное зрение, слух, голос и даже отдельные конечности. Нейроинтерфейс позволит узнать биологические характеристики организма без посещения врача, предсказывать риски возникновения заболеваний до их непосредственного обнаружения в виде симптомов.

Повседневность. Использование интерфейса будет актуально и в повседневных делах. По большей части, все идеи, относящиеся к этой области, лишь элементы для научной фантастики, но с развитием технологий и это может стать реальностью. Человеку больше не нужен будет телефон или компьютер для выхода в Интернет – все это сможет его собственный мозг. Получение доступа к любой информации без рук и напряжения глаз. Взаимодействие с компьютером без лишних посредников. Общение с людьми на огромном расстоянии в любой момент и в любом месте.

Попытки создания интерфейса

Началом исследования возможности интерфейса отсылают нас к известным исследованиям русского ученного И.П. Павлова, изучавшего условные рефлексы на животных. Использование первых нейроимплантов на людях принято считать исследования 1970-х годов в Калифорнийском университете. Имплант, вживленный в организм человека, мог передавать биологическую информацию о теле человека на компьютер.

В настоящее время принято разделять инвазивные интерфейсы и неинваизивные. Упрощенно говоря, первые имеют непосредственное «вживление» в нервную систему человека, в то время как неинвазивные интерфейсы подключается внешне, через контакт с кожей человека. Второй подход получил больше развитие из-за простоты использования и меньших рисков для нанесения вреда человеку. Неинвазивные интерфейсы основаны на электроэнцефалографии (ЭЭГ), суть которой заключается в фиксировании электромагнитного поля, возникающего под действием нейронов в мозгу. Всякая мозговая активность ведет к изменению потенциалов электромагнитного поля, которые можно фиксировать и распознавать.

Внешне интерфейсы, основанные на ЭЭГ, представляют собой набор датчиков (зачастую объединенные в едином «шлеме»), надеваемые на голову. Так как мозговые волны, вызванные ЭМ-полем у каждого человека уникально, систему следует настраивать под поля каждого отдельного человека.

Из успешных реализованных примеров интерфейсов можно назвать BrainGate, благодаря которому стало возможным движение механических конечностей через сигналы подаваемые мозгом (собственно, это было первое успешное использование интерфейса на человеке). Другим примером является ручной протез EMAS. Человек мог использовать ручной протез практически, как и обычную руку. Первым «искусственным зрением», основанным на использовании нейроинтерфейса можно считать проект Artificial Vision System, которая представляла собой небольшую камеру, закрепленную на очках. Сигнал с камеры обрабатывался копьютером и передавался в разъем, вживленный в заднюю часть черепа испытуемого.

В целом, в настоящее время наблюдается развитие существующих систем и увеличение финансирования разработки новых.

Заключение

В заключение хотелось бы отметить, что, несмотря на большие успехи в области создания нейрокомпьютерного интерфейса, говорить о каких либо прорывах пока рано. Наибольшее развитие они получили в области медицины, как единственная возможность реабилитации людей-инвалидов. Но помимо безоговорочных достоинств, не стоит забывать о недостатках двусторонней связи с компьютером и, последующего олицетворения человека с машиной.