Pamazām mūsu dzīvē ienāk daudzas jaunas lietas. Tehnoloģiju attīstība nestāv uz vietas, un rīt var būt iespējams tas, par ko vakar neuzdrošinājāmies sapņot. Neirodatora saskarne (NCI) padara reālu saikni starp cilvēka smadzenēm un tehnoloģijām, to daļēju mijiedarbību.
Kas ir NCI?
NCI ir sistēma informācijas apmaiņai starp cilvēka smadzenēm un elektronisku ierīci. Apmaiņa var būt divvirzienu, kad elektriskie impulsi nāk no ierīces uz smadzenēm un otrādi, vai vienvirziena, kad informāciju saņem tikai viens objekts. Vienkāršāk sakot, NCI ir tas, ko sauc par "domas spēka pārvaldību". Ļoti svarīgs atklājums, kas jau tiek plaši izmantots daudzās dzīves jomās.
Kā darbojas NCI?
Smadzeņu neironi pārraida informāciju viens otram, izmantojot elektriskos impulsus. Šis ir ļoti sarežģīts un sarežģīts tīkls, ko zinātnieki vēl nevar pilnībā analizēt. Bet ar NCI palīdzību radās iespēja nolasīt daļu smadzeņu impulsu informācijas un pārsūtīt to uz elektroniskām ierīcēm. Viņi, savukārt, var pārveidotiesimpulsus darbībai.
NCI studiju vēsture
Zīmīgi, ka krievu zinātnieka IP Pavlova darbi par nosacītajiem refleksiem kļuva par pamatu NC saskarnes izstrādei. Svarīgu lomu NCI izpētē spēlēja arī viņa paša darbs par smadzeņu garozas regulējošo lomu. IP Pavlova pētījumi notika divdesmitā gadsimta sākumā Sanktpēterburgas Eksperimentālās medicīnas institūtā. Vēlāk Pavlova idejas NC saskarnes virzienā izstrādāja padomju fiziologs P. K. Anokhins un padomju un krievu neirofiziologs N. P. Bekhtereva. Globālie NCI pētījumi sākās tikai 1970. gados ASV. Eksperimenti tika veikti ar pērtiķiem, žurkām un citiem dzīvniekiem. Pētījumu gaitā zinātnieki, kas strādā ar eksperimentālajiem pērtiķiem, noskaidroja, ka noteiktas smadzeņu zonas ir atbildīgas par viņu ekstremitāšu kustībām. Kopš šī atklājuma turpmākais NCI liktenis ir aizzīmogots.
Elektroencefalogrāfija (EEG)
Elektroencefalogrāfija ir smadzeņu elektronisko impulsu nolasīšanas metode, neinvazīvi pievienojot cilvēka galvai elektrodus. Neinvazīvā metode ir metode, kurā elektrodus piestiprina pie cilvēka vai dzīvnieka galvas, bez tiešas ievietošanas smadzeņu garozā. EEG metode parādījās salīdzinoši sen un sniedza lielu ieguldījumu smadzeņu un datora saskarnes attīstībā. EEG metodi izmanto arī mūsdienās, jo tā ir lēta un efektīva.
NCI posmi
No cilvēka smadzenēm nākošā informācija tiek apstrādātaelektroniskā ierīce četrās darbībās:
- Saņemt signālu.
- Pirmapstrāde.
- Datu interpretācija un klasifikācija.
- Datu izvade.
Pirmais posms
Pirmajā posmā elektrodus vai nu ievieto tieši smadzeņu garozā (invazīvā metode), vai arī piestiprina pie galvas virsmas (neinvazīvā metode). Sākas informācijas nolasīšanas process no smadzeņu šūnām. Elektrodi apkopo datus no atsevišķām neironu sistēmām, kas ir atbildīgas par dažādām darbībām.
Pirmapstrāde
Smadzeņu un datora saskarnes otrajā posmā saņemtie signāli tiek iepriekš apstrādāti. Ierīce iegūst signāla raksturlielumus, lai vienkāršotu sarežģīto datu sastāvu, atsijātu nevajadzīgu informāciju un troksni, kas traucē skaidrus smadzeņu signālus.
Trešais posms
Trešajā NDT saskarnes posmā informācija tiek interpretēta no elektriskiem impulsiem digitālā kodā. Tas apzīmē darbību, signālu, kam smadzenes deva. Pēc tam iegūtie kodi tiek klasificēti.
Datu izvade
Informācijas izvade notiek ceturtajā posmā. Digitalizētie dati tiek izvadīti ierīcē, kas savienota ar smadzenēm, kas izpilda garīgi dotu komandu.
Neiroprotezēšana
Viena no galvenajām smadzeņu saskarnes ieviešanas jomām ir medicīna. Neironu protēzes ir paredzētas, lai atjaunotu saikni starp cilvēka smadzenēm un to orgānu darbību, lai aizstātu slimības vai traumas bojātus orgānus ar sekojošu veselīga ķermeņa funkciju atjaunošanu. NCI var būt īpaši labs cilvēkiem ar paralīzi vai ekstremitāšu zudumu. Neironu protēžu lietošanā tiek izmantots smadzeņu un datora saskarnes darbības princips. Ļoti vienkārši sakot, cilvēkam tiek uzliktas roku vai kāju protēzes, no kurām elektroniskie implanti ved uz smadzeņu zonu, kas ir atbildīga par šīs ekstremitātes kustību. Neiroprotezēšana ir izturējusi daudzus testus, taču tās masveida izmantošanas grūtības slēpjas apstāklī, ka NCI nevar pilnībā nolasīt smadzeņu signālus, un protēžu kontrole ikdienas dzīvē ārpus laboratorijas ir sarežģīta. Pirms dažiem gadiem Krievija vēlējās izveidot neiroprotēžu ražošanu, taču līdz šim tas nav īstenots.
Dzirdes protēzes
Ja masveida tirgū vēl nav parādījušās ekstremitāšu protezēšana, tad kohleārais implants (protēze, kas palīdz atjaunot dzirdi) tiek izmantots jau ilgu laiku. Lai to saņemtu, pacientam ir jābūt izteiktam sensorineirālam dzirdes zudumam (tas ir, tādam dzirdes zudumam, kurā ir traucēta dzirdes aparāta spēja uztvert un analizēt skaņas). Dzirdes atjaunošana ar kohleāro implantu tiek izmantota, ja parastais dzirdes aparāts nesniedz gaidītos rezultātus. Implants tiek implantēts auss aparātā un tai blakus esošajā galvas daļā ķirurģiskas operācijas rezultātā. Tāpat kā jebkura cita smadzeņu un mašīnas saskarne, arī kohleārajam implantam ir pilnībā jāatbilst lietotājam. Lai iemācītos to lietot un sāktu uztvert implantu kā jaunu ausi, pacientam ir jāiziet ilgs rehabilitācijas kurss.
NCI nākotne
Pēdējā laikā par mākslīgo intelektu var dzirdēt un lasīt visur. Tas nozīmē, ka piepildās daudzu cilvēku sapnis – drīz mūsu smadzenes nonāks simbiozē ar tehnoloģijām. Neapšaubāmi, tas būs jauns laikmets cilvēces attīstībā. Jauns zināšanu līmenis un iespējas. Pateicoties smadzeņu un datora saskarnei, daudzās zinātnes jomās parādīsies liels skaits jaunu un svarīgu atklājumu. Papildus izmantošanai medicīniskiem nolūkiem NCI jau var savienot lietotāju ar virtuālās realitātes ierīcēm. Piemēram, virtuālā datora pele, tastatūra, varoņi virtuālās realitātes spēlēs utt.
Vadība bez rokām
Galvenais neirodatora saskarnes uzdevums ir atrast iespēju vadīt iekārtu bez muskuļu palīdzības. Atklājumi šajā jomā dos cilvēkiem ar paralīzi vairāk iespēju kustībā, braukšanā un sīkrīkos. Jau tagad NCI nemanāmi apvieno cilvēka smadzenes un datora mākslīgo intelektu. Tas kļuva iespējams, pateicoties dziļai cilvēka smadzeņu darbības principu izpētei. Uz to pamata tiek sastādītas programmas, uz kurām strādā NCI un mākslīgais intelekts.
NTI robotikā
Kopš zinātnieki noskaidroja, ka noteiktas smadzeņu zonas ir atbildīgas par muskuļu kustību, viņiem uzreiz radās doma, ka cilvēka smadzenes var kontrolēt ne tikai savu ķermeni, bet arī vadīt humanoīdu mašīnu. Šobrīd tiek radītas daudzas dažādas robotizētas mašīnas. Ieskaitot humanoīdus. Robotiķi tiecas savos humanoīdu darbosatdarināt īstu cilvēku uzvedību. Bet līdz šim programmēšana un mākslīgais intelekts ar šo uzdevumu tiek galā nedaudz sliktāk nekā NCI. Izmantojot NC interfeisu, varat vadīt robotu ekstremitātes no attāluma. Piemēram, vietās, kur cilvēka piekļuve nav iespējama. Vai darbos, kuros nepieciešama rotaslietu precizitāte.
NCI paralīzei
Neapšaubāmi, vispieprasītākā ir smadzeņu un datora saskarne medicīnā. Roku, kāju protēžu kontrole, ratiņkrēsla vadīšana ar prātu, informācijas pārvaldīšana viedtālruņos, datoros bez rokām utt. Ja šīs inovācijas kļūs visuresošas, uzlabosies to cilvēku dzīves līmenis, kuriem šobrīd ir ierobežotas pārvietošanās spējas. Smadzenes nekavējoties pārsūtīs komandas ierīcēm, apejot ķermeni, kas palīdzēs cilvēkam ar invaliditāti labāk pielāgoties videi. Taču, izmēģinot neiroprotezēšanu, speciālisti saskaras ar dažām problēmām, kurām risinājumus nevar atrast līdz šai dienai.
Smadzeņu un datora saskarnes plusi un mīnusi
Neskatoties uz to, ka NC saskarnes izmantošanai ir daudz priekšrocību, tās lietošanai ir arī trūkumi. Priekšrocība NCI attīstībā medicīnā ir fakts, ka cilvēka smadzenes (īpaši to garoza) ļoti labi pielāgojas pārmaiņām, kuru dēļ NCI saskarnes iespējas ir gandrīz neierobežotas. Jautājums ir tikai aiz jaunu tehnoloģiju izstrādes un atklāšanas. Taču šeit ir dažas problēmas.
Ķermeņa audu nesaderība ar ierīcēm
Pirmkārt, ja ievadātimplanti invazīvā veidā (audos), ir ļoti grūti panākt to pilnīgu saderību ar pacienta audiem. Materiāli un šķiedras, kas pilnībā jāievieto organiskajos audos, tiek tikai radītas.
Nepilnīga tehnika salīdzinājumā ar smadzenēm
Otrkārt, elektrodi joprojām ir daudz vienkāršāki nekā smadzeņu neironi. Viņi vēl nespēj pārraidīt un saņemt visu informāciju, ko smadzeņu nervu šūnas var viegli apstrādāt. Tāpēc veselīga cilvēka ekstremitāšu kustība ir daudz ātrāka un precīzāka nekā neiroprotēžu kustība, un vesela auss uztver skaņas skaidrāk un pareizāk nekā auss ar kohleāro implantu. Ja mūsu smadzenes zina, kādu informāciju izfiltrēt un ko uzskatīt par galveno, tad ierīcēs ar mākslīgo intelektu to dara cilvēka rakstīti algoritmi. Līdz brīdim, kad viņi var atkārtot cilvēka smadzeņu sarežģītos algoritmus.
Pārāk daudz mainīgo, ko kontrolēt
Daži zinātniskie institūti tuvākajā laikā plāno izveidot nevis atsevišķu kājas vai rokas neiroprotēzi, bet veselu eksoskeletu cilvēkiem ar cerebrālo trieku. Izmantojot šo protēzes formu, eksoskeletam jāsaņem informācija ne tikai no smadzenēm, bet arī no muguras smadzenēm. Ar šādu ierīci, kas savienota ar visiem svarīgajiem ķermeņa nervu galiem, cilvēku var saukt par īstu kiborgu. Eksoskeleta nēsāšana ļaus pilnībā paralizētam cilvēkam atgūt spēju kustēties. Bet problēma ir tā, ka kustības īstenošana nav viss, kas tiek prasīts no NCI. Eksoskeletsjāņem vērā arī līdzsvars, kustību koordinācija, orientēšanās telpā. Lai gan visu šo komandu vienlaicīga ieviešana ir grūts uzdevums.
Cilvēku bailes no jaunā
Neinvazīvā implantu ievietošanas metode ir efektīva laboratorijas apstākļos, taču parastajā dzīvē šī metode diez vai attaisnos uz to liktās cerības. Kontakts ar šādu savienojumu ir vājš, to galvenokārt izmanto signālu nolasīšanai. Tāpēc medicīnā un neiroprotezēšanā viņi parasti izmanto ķirurģisko metodi elektrodu ievadīšanai organismā. Bet daži cilvēki piekritīs apvienot savu ķermeni un nezināmu tehniku. Dzirdot par terminatoriem un kiborgiem no Holivudas filmām, cilvēki baidās no progresa un jauninājumiem, īpaši, ja tie skar tieši cilvēku.
