CC BY
59
Азбука мозга
Антон Ковалевский
Австрийская компания g.tec, основанная Кристофом Гюгером, — один из пионеров в области набора текста с помощью нейроинтерфейсов. В ближайших планах компании — создание доступных широкой аудитории систем управления «умным» домом и компьютерными играми.
Джордж Клуни — это буква «W», певица Шакира — «А», Чак Норрис — «R»... Нет, это не игра в ассоциации, и никакого скрытого смысла за буквенными символами нет. Идея использовать лица знаменитостей вместо букв — находка австрийской компании g.tec. В 2010 году она представила первую в мире индивидуальную систему набора текста без клавиатуры — с помощью интерфейса «мозг — компьютер». Образы знаменитостей понадобились разработчикам только потому, что, как выяснилось, они вызывают более сильные электрические импульсы в мозгу человека, нежели обычный алфавит. А значит, эти импульсы легче считывать и распознавать.
Intendix Speller, самая известная разработка g.tec, выглядит как неброская купальная шапочка с восемью электродами, смазанными проводящим гелем. Шапочка соединена с компьютером через так называемый усилитель (еще одна разработка компании), который улучшает точность распознавания сигналов электроэнцефалограммы, получаемой в режиме реального времени. Увы, просто «подумать» нужную букву нельзя: пока распознавать такие мысли в g.tec еще не научились. Пользователю приходится смотреть на мигающий алфавит на черном фоне — и концентрироваться на нужной букве.
Спустя всего несколько минут тренировки с помощью Intendix практически любой человек начинает набирать текст усилием мысли; впрочем, в первую очередь разработка рассчитана на парализованных пациентов больниц и инвалидов. Поначалу скорость не слишком высока — около трех-пяти символов в минуту, однако, как утверждают в компании, опытный пользователь вполне способен «печатать» до одного символа в секунду. «Наши исследования показывают, что образы знаменитостей значительно ускоряют набор текста, — говорит основатель g.tec доктор Кристоф Гюгер. — Сейчас мы пытаемся выяснить, не ра-
ботают ли еще лучше фотографии друзей, родственников и домашних животных».
Средняя скорость для обычного человека — около 10 символов в минуту. Состояние усталости или трудности с концентрацией серьезно замедляют процесс набора. Сколько стоит передовой интерфейс? Цену комплекта пока нельзя назвать демократичной — около 9 тыс. евро. При этом Intendix — один из первых серьезных коммерческих нейроинтерфейсов, рассчитанных на решение утилитарных задач и пригодных для персонального использования: от пользователя не требуют никаких технических знаний или специальных навыков. Система чем-то напоминает аппарат, который применяет почти полностью парализованный, но продолжающий вести активную жизнь британский ученый-астрофизик Стивен Хокинг. Однако в его случае набор текста происходит за счет микродвижений мимической мышцы щеки, сохранившей подвижность, а не посредством интерпретации электроэнцефалограммы.
МЫСЛИТЕЛЬНЫЙ ПРОТЕЗ
Впервые идея, положенная в основу Ш:еп^х, пришла в голову нейропсихологам Ларри Фарвеллу и Эмануэлю Дончину: в своей статье 1988 года они предложили использовать электрические сигналы мозга для фиксации символов из таблицы размеров 6 на 6 клеток. Ученые назвали свое изобретение «ментальным протезом».
На полноценную коммерческую реализацию их разработки ушло более 20 лет. Глава g.tec Кристоф Гюгер изучал биомедицину и инженерное дело в технологическом университете Граца и получил магистерскую степень в университете Джона Хопкинса в Балтиморе. После чего вернулся на родину, где в 1999 году защитил докторскую диссертацию как раз в области нейроинтерфейсов, основанных на электроэнцефалограмме. Тогда же совместно со своим коллегой Гюнтером Эдлингером он основал g.tec —
g.tec
Компания g.tec (Guger Technologies oG) основана в 1999 году в Граце (Австрия). Специализация — разработка биомедицинских и нейроинтерфейсов, а также систем анализа и обработки биосигналов на основе ЭЭГ и ЭКГ. В 2006 году компания была названа в числе лучших стартапов Австрии и получила награду GEWINN-Award, в 2007-м — Европейскую награду в области информации и телекоммуникаций (ICT-prize) и приз Welltech award 2007. В 2009 году она удостоена Австрийской инновационной награды Econovius, в 2010-м — Microsoft Innovation award. В компании работает 35 человек.
как проект университетского бизнес-инкубатора. Первый прототип Intendix Speller появился в 2009 году, и к тому моменту g.tec набрала немалый вес в профессиональном сообществе: ее разработки использовали Nokia, Merck, Sony и NASA. Компания начала сотрудничать более чем с шестьюдесятью исследовательскими группами по всему миру и получила целый ряд престижных наград — в частности награду Microsoft в области инноваций в 2010 году.
Intendix использует два знакомых нейропсихо-логам независимых протокола — Р300 и SSVEP: по данным многочисленных исследований, с ними легко справляется любой человек, не имеющий серьезных проблем с глазами. И в том и в другом случае пользователю нужно смотреть на ту или иную область экрана компьютера. Р300 показывает ряд объектов (к примеру, букв), мигающих попеременно. Когда мигает нужная буква, пациент должен посчитать про себя число вспышек — чтобы активизировать мозговую деятельность в нужный момент. Один из наиболее заметных таких сигналов ней-ропсихологи называют Р300 — отсюда и имя подхода. В случае с SSVEP (что расшифровывается как «зрительный потенциал устойчивого состояния») объекты не мигают, но переливаются с определенной частотой. Если пользователь концентрируется на одном из них, мозг начинает генерировать уникальный для каждого объекта сигнал.
Впрочем, с момента выхода на рынок Intendix постоянно обновляется — тем более что состоит система из нескольких независимых компонентов: собственно сенсоров, усилителя с алгоритмами обработки данных, устройства или приложения, на которое отправляется сигнал, и операционной системы. Когда продукт только вышел на рынок, компания использовала как так называемые активные, так и пассивные электроды; последние требуют подготовки кожи головы к процедуре
и дают чуть более «шумный» сигнал. Оба типа использовали специальный гель для лучшей проводимости, но уже спустя год компания выпустила электроды собственной разработки под названием Sahara: теперь использование геля не обязательно.
Еще одно улучшение — система Extendix, представленная в 2010 году. С ее помощью пользователь может не только набирать текст, но и контролировать различные «умные» домашние устройства — телевизор, МР3-плеер, кондиционер, освещение и даже роботов. Одно из последних достижений компании — совместный проект с Северо-восточным университетом США, аспиранты которого построили управляемого робота, использующего SSVEP-подход: с помощью видеокамеры и нейроинтерфей-са оператор может контролировать его движения и наблюдать окружающий мир «от первого лица». Первый шаг к эре управляемых аватаров!
УПРАВЛЯЙ ВСЕМ
Логичным развитием Extendix стала система под названием SOCI («экранный контрольный интерфейс»): с ней нейроинтерфейс позволяет управлять ПК-приложениями — к примеру, компьютерными играми. Первая публичная демонстрация SOCI прошла на немецкой выставке CeBit в 2012 году: ее посетители могли не только посмотреть видео с работой системы, но и попробовать поиграть в популярную онлайн-игру World of Warcraft без использования клавиатуры — исключительно силой мысли. После определенной тренировки с помощью SOCI можно управлять движением героя в игре, общением с персонажами, управляемыми компьютером, сражаться с монстрами и использовать заклинания. Впрочем, полноценного контроля не получится: по словам Кристофа Гюгера, нейроинтерфейсы пока не слишком подходят для сложных игр — однако в несложные головоломки вроде «Тетриса» любой сможет поиграть силой мысли уже в ближайшем будущем.
При этом, как объясняют в компании, система вполне может работать в паре с клавиатурой: даже если лишь часть функций берет на себя нейроинтерфейс, игрок получает серьезное преимущество по сравнению с конкурентами — если, разумеется, научится им эффективно пользоваться. В SOCI используется уже упомянутый SSVEP-подход: интерфейс игры модифицирован таким образом, что некоторые его элементы мерцают на определенной частоте. Как только игрок концентрирует свое внимание на мерцании — нужная кнопка срабатывает; кроме того, SOCI имеет состояние «без контроля», при котором игрок не обращает внимания ни на один элемент. Как утверждают в компании, это важный шаг в развитии интерфейсов «мозг — компьютер», часто ловящих случайные сигналы: на данном этапе SOCI распознает нужные импульсы с точностью в 98%.
Конечно, у электроэнцефалограммы есть свои ограничения. Как заметил изобретатель и футуролог, технический директор Google Рэй Курцвейл
различных кнопок, отвечающих за выбор цвета, прозрачность и размер кисти, различные типы фигур и движение кисти на экране. Таким образом, чтобы нарисовать, к примеру, розовый круг, прозрачный на 75%, нужно сначала сосредоточиться на мигающей иконке 75% и сосчитать про себя число миганий — после чего интерфейсу достаточно лишь около 300 миллисекунд для фиксации мозговой активности. Затем выбираются «круг», розовый цвет и иконка «нарисовать» — и нужное изображение появляется на экране. Полноценных картин с помощью Brain-Painting пока никто не создал — только простейшие изображения в духе детских рисунков в Microsoft Paint, однако компания считает новую систему еще одним шагом к более сложным интерфейсам. Впрочем, Brain-Painting уже протестировали в клинических условиях на пациентах, больных атеросклерозом, и им рисовать понравилось даже больше, чем набирать текст: в среднем каждый использовал систему от полутора до трех часов и выражал готовность к повторным сеансам.
— Наша цель на данном этапе — создать полноценный практический атлас мозга, — говорит Кристоф Гюгер. — Так мы сможем считывать сигналы гораздо быстрее и точнее. В случае с животными — к примеру, крысами — мы уже способны определить пять-десять нейронов, отвечающих за пространственную ориентацию.
В том, что более замысловатые разработки и идеи будут появляться в ближайшие годы все чаще, сомневаться не приходится. Уже сейчас инженеры думают о портативных нейроинтерфейсах на базе Intendix: кто бы не хотел управлять своим смартфоном усилием мысли? Отправлять СМС или электронную почту — и получать ответ в наушник через своеобразный аналог «умных» очков Google Glass, оснащенных детектором мозговых импульсов. Уже сейчас у g.tec есть специализированный интерфейс для работы в Twitter: с его помощью можно не только набирать сообщения, но и переключаться между различными лентами, вводить логин и пароль, подписываться на «Твиттеры» других людей — в общем, полноценно пользоваться ■■■ мобильным приложением. ■■
скорость набора текста на компьютере «силой мысли» даже у хорошо тренированного человека пока невелика — не более 60 символов В минуту (для сравнения: профессиональный стандарт для секретарей, пользующихся обычной клавиатурой, — НЕ менее 180). но уже в нынешнем своем состоянии разработка компании G.TEC окажется весьма полезной для парализованных и инвалидов. правда, цена интерфейса пока не демократична — около 9 тыс. евро
в своей речи о нейроинтерфейсах на вручении премии MIT XPrize Lab, ЭЭГ работает довольно быстро, но ей не хватает точности для полноценного перевода мыслей в цифровой сигнал. В конечном итоге инженерам потребуются не только отдельные центры мозга, но и более мелкие участки и даже отдельные нейроны. Как это сделать без вживления датчиков непосредственно в мозг, никто не знает — поэтому пока развитие технологий концентрируется на улучшении точности так называемых неинвазивных методов. «В конечном итоге, — размышляет Кристоф Гюгер, — мы, наверное, сможем подключить беспроводные датчики напрямую к вашему мозгу и объединить вас и ваших друзей в одну мыслительную сеть. Однако в таком случае вам придется поволноваться: вдруг ваша жена узнает о вашей подружке?»
В этом году компания представила развитие идеи SOCI — интерфейс Brain-Painting, позволяющий рисовать с помощью мысли. Выглядит он как таблица с тремя десятками
