CC BY
19
УДК 004.5
Михайленко В.И. студент бакалавриата 3 курса факультет «Информатика и вычислительная техника»
Барашко Е.Н.
научный руководитель, стпреподаватель Донской Государственный Технический Университет
Россия, г. Ростов-на-Дону АНАЛИЗ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ НЕЙРОКОМПЬЮТЕРНОГО ИНТЕРФЕЙСА
Статья посвящена проблеме развития технологии нейроинтерфейса. В статье рассмотрены особенности технологии и перспективы ее развития. Так же представлены последние исследования в этой области.
Ключевые слова: нейронет, нейровеб, электростимуляция мозговой активности, естественный интерфейс, информационные технологии, устройства управления, нейрокомпьютерный интерфейс.
ANALYSIS AND PROSPECTS OF DEVELOPMENT OF BRAIN-COMPUTER INTERFACE TECHNOLOGY
The article is devoted to the problem of development of neurointerface technology. The article discuss features of technology and its further directions of development. Also, latest researches in this area are presented.
Keywords: neuronet, neuroweb, brain activity electrostimulation, natural interface, information technologies, control devices
Интерфейс играет важную роль в информационной системе, так как он является неотъемлемой связующей между аппаратными средствами и пользователем. Именно интерфейс определяет способ работы с системой, по нему можно судить является ли система удобной и интуитивно понятной. Уже с появлением науки кибернетики ученые стали задумываться о создании «естественного пользовательского интерфейса». Такой интерфейс позволил бы управлять системой практически на уровне органов чувств человека. Существует множество направлений разработки естественных интерфейсов таких, как системы распознавания речевых команд пользователя, системы определения и анализа положения пользователя в пространстве и т.д. Одним из направлений в этой области является нейрокомпьютерный интерфейс.
Нейрокомпьютерный интерфейс (НКИ)- это система, работающая на стыке нейронных сетей мозга и внутренним или внешним электронным устройством. Такая система включает в себя два способа передачи информации между пользователем и устройством: однопоточный и многопоточный. Однопоточный интерфейс предполагает односторонний обмен информацией, т.е. устройство может получать сигналы из мозга, либо посылать их. В многопоточном информация передается в обоих направлениях, что подразумевает использование метода биологической
обратной связи. В этом случае перед разработчиками такого интерфейса встает главный вопрос: а должен ли нейронный интерфейс иметь зрительно-контактный ввод и вывод?
В идеале, концепция нейронного интерфейса подразумевает отказ от привычных устройств ввода-вывода. Таким образом исследования разделились на два фронта: разработка типа связи «мозг-мозг» и «мозг-устройство». Первое кажется чем-то из научной фантастики, однако ученые достигли определенных результатов в этой области. Не так давно ученые университета Вашингтона (США) продемонстрировали работу первого в мире нейроинтерфейса. Им удалось создать систему, которая позволила управлять одному пользователю другим по средствам передачи нейронных сигналов. Принцип работы системы заключался в следующем: электрическая активность мозга одного человека преобразовывалась в команды компьютеру, соединенному с устройством для магнитной стимуляции мозга другого. Один из пользователей системы представлял, как он жмет рукой на клавиши, сбивая ракеты, но при этом не двигал рукой. В то же время правая рука другого разработчика, чей мозг подвергался специальному электростимулированию, нажимала на клавиши, управляя пушкой. При этом он не видел экрана с игрой. Отличительной особенностью такой системы от созданных ранее является то, что сигналы были переданы через интернет. Таким образом можно сказать, что разработка нейронных интерфейсов послужила началом создания концепции нейронета. Ранее подобные исследования были проведены на крысах. Ученые из университета Дьюка (США) описали работу интерфейса для передачи сигналов из мозга в мозг. В эксперименте участвовали две крысы, первая из них выступала «кодером»- передавала информацию о решении сенсорно-тактильных задач. При этом крыса(«декодер») находилась за тысячу километров и демонстрировала поведение, передаваемое через интернет крысой-кодером по средством интрокартикальной стимуляции.
Как показывает практика- интернет становится важным звеном в подобных исследованиях и помогает применять нейротехнологии в режиме реального времени, хотя эксперимент показал относительную задержку в отклике между крысами, что можно объяснить, как физиологическими особенностями животных, так и не совершенством сетевых и компьютерных технологий по сравнению со скоростью работы мозга.
К сожалению, пока что все исследования базируются на применении энцефалографии, что само по себе подразумевает тип связи «мозг-компьютер». Отсюда понятие нейрокоммуникации неоднозначно и противоречиво. Возможно в ближайшем будущем удастся разработать инвазивный, более совершенный, способ передачи сигналов мозга, и новой формой нейроинтерфейса станет незаметная «умная пыль» (сеть из множества крошечных ЭВУ).
Еще одной особенностью технологии нейронного интерфейса является его универсальность. Такой интерфейс пока не рассчитан на использование людьми с психосоматическими расстройствами. Исследования по данной
проблеме пока не проводились, но с развитием нейротехнологии становятся все более актуальными. При взаимодействии психически здоровых людей с нейронным интерфейсом так же существуют погрешности или искажения в ходе передачи информации. Так, например, фактором погрешности может выступать эмоциональное состояние человека. Если говорить о технологии нейронета, то эту проблему возможно частично решить с помощью введения сетевого протокола по верх TCP/IP, который будет действовать на прикладном уровне и передавать информацию о состоянии и активности головного мозга, которая пока что точно не определена. Так, стоит проблема создания общего семантического языка, на котором будут «разговаривать» пользователи между собой.
В остальном же людям с ограниченными возможностями было бы намного удобнее работать с таким интерфейсом, так как для взаимодействия с ним совершенно не нужно проявлять физическую активность, например, нажимать клавиши, передавать голосовые команды и т.д. Это еще раз подтверждает актуальность разработки нейрокомпьютерных технологий.
Проанализировав все плюсы и минусы данной технологии можно сделать вывод, что нейрокомпьютерный интерфейс является естественным эволюционным этапом развития дружественного интерфейса. И не смотря на то, что развитие данной технологии требует больших вложений, как наукоемких, так и финансовых, исследования активно продолжаются.
На рынке электроники уже давно появились устройства, осуществляющие нейронную связь пользователя и ЭВМ. Например, гаджеты от компаний Emotiv и NeuroSky, которые бесспорно являются лидерами в этой области. Недавно NeuroSky представили новинку- устройство BrainLink-Pro, позволяющее взаимодействовать пользователю со своим смартфоном. Стоимость его составляет 12 157,5 рублей по предзаказу. Относительно невысокая цена таких устройств в последние пару лет говорит о том, что в скором времени они плотно войдут в нашу повседневную жизнь и заменят привычные устройства управления компьютером.
Таким образом, технология нейронного интерфейса является отличным подспорьем во всех отраслях деятельности, так как является принципиально новым способом коммуникации, постепенно меняющим привычную картину мира.
Использованные источники:
1. A Brain-to-Brain Interface for Real-Time Sharing of Sensorimotor Information URL: http://www.nature.com/articles/srep01319 (дата обращения 05.12.2016)
2. The Science of Neural Interface Systems
URL:http://pondside.uchicago.edu/oba/faculty/Hatsopoulos/lab/publications/Hatso poulos%20&%20Donoghue%202009.pdf (дата обращения 05.12.2016)
3. Advanced Neurotechnologies for Chronic Neural Interfaces: New Horizons and Clinical Opportunities URL: http://www.buzsakilab.com/content/PDFs/Kipke2008JNeurosci.pdf (дата обращения 05.12.2016)
