Calculul neuronal: Principiul de funcționare, domenii de aplicare, argumente pro și contra

Pe măsură ce trece timpul, multe lucruri noi apar în viața noastră. Progresele tehnologice nu stau pe loc, iar mâine ar putea fi posibil să se facă lucruri la care ieri nici nu îndrăzneam să visăm. Interfața Neurocomputer (NKI) face legătura dintre creierul uman și tehnologie, interacțiunea parțială a acestora.

Ce este o NKI?

Un NKI este un sistem de schimb de informații între creierul uman și un dispozitiv electronic. Schimbul poate fi bidirecțional, cu impulsuri electrice care trec de la dispozitiv la creier și înapoi, sau poate fi unidirecțional, cu un singur obiect care primește informații. În termeni mai simpli, o NKI este ceea ce se numește "controlul minții". O descoperire foarte importantă care este deja utilizată pe scară largă în multe domenii ale vieții.

Cum funcționează o NKI?

Neuronii creierului trimit informații între ei folosind impulsuri electrice. Este o rețea extrem de complexă și complicată pe care oamenii de știință nu au reușit încă să o analizeze pe deplin. Dar, cu ajutorul unui NKI, a devenit posibilă citirea unor informații despre impulsurile creierului și transferul lor către dispozitive electronice. Aceștia, la rândul lor pot, la rândul lor, să transforme impulsurile în acțiune.

Istoria studiului SCI

Este demn de remarcat faptul că baza pentru dezvoltarea interferenței NK a fost lucrarea savantului rus I. П. Reflexele condiționate ale lui Pavlov. Lucrările sale privind rolul reglator al cortexului cerebral au jucat, de asemenea, un rol important în studiul SKI. Studii realizate de I. П. Reflexele științifice și experimentale ale lui Pavlov au fost realizate la începutul secolului al XX-lea la Institutul de Medicină Experimentală în St. Petersburg. Mai târziu, ideile lui Pavlov în direcția interferenței NK au fost dezvoltate de fiziologul sovietic P. К. Anokhin și neurofiziologul sovietic și rus N. П. Bekhterev. Cercetarea globală a NKI a început abia în anii 1970 în SUA. Experimentele au fost efectuate pe maimuțe, șobolani și alte animale. În cadrul unui studiu, oamenii de știință care au lucrat cu maimuțe de test au descoperit că anumite părți ale creierului sunt responsabile de mișcările membrelor... De la această descoperire, soarta ulterioară a NCI a fost decisă.

Electroencefalografie (EEG)

Electroencefalografia este o metodă de citire a impulsurilor electronice ale creierului prin atașarea neinvazivă a unor electrozi la capul uman. Metoda neinvazivă este cea în care electrozii sunt fixați pe capul omului sau al animalului, fără a penetra direct cortexul cerebral. EEG există de mult timp și a contribuit în mare măsură la dezvoltarea interfeței neurocomputerizate. EEG-ul este utilizat și astăzi, deoarece este ieftin și eficient.

Etapele NCI

Informațiile provenite de la creierul uman sunt procesate de un dispozitiv electronic în patru etape:

Achiziționarea semnalului.
Preprocesare.
Interpretarea și clasificarea datelor.
Ieșire de date.

Prima etapă

În prima etapă, electrozii sunt fie introduși direct în cortexul cerebral (metodă invazivă), fie fixați pe suprafața capului (metodă neinvazivă). Procesul de citire a informațiilor celulelor începe creier. Electrozii colectează date de la sisteme neuronale individuale responsabile de diferite acțiuni.

Preprocesare

A doua etapă a interfeței creier-computer implică preprocesarea semnalelor primite. Dispozitivul extrage caracteristicile semnalului pentru a simplifica compoziția complexă a datelor, elimină informațiile străine și zgomotul care interferează cu identificarea clară a semnalelor cerebrale.

A treia etapă

În cea de-a treia etapă a interfeței NK, informația este interpretată din impulsuri electrice într-un cod digital. Acesta identifică acțiunea căreia creierul i-a dat semnalul. Codurile rezultate sunt apoi clasificate.

Ieșire de date

Ieșirea informațiilor are loc în a patra etapă. Datele digitalizate sunt trimise către un dispozitiv conectat la creier care execută o comandă prestabilită mental.

Neuroprotetică

Unul dintre principalele domenii de implementare a interfețelor cerebrale este medicina. Protezele neuronale sunt concepute pentru a restabili conexiunea dintre creierul uman și acțiunea organelor sale, înlocuind organele deteriorate de boli sau traumatisme, cu restabilirea ulterioară a funcției sănătos corpuri. NKI poate ajuta în special persoanele cu paralizie sau pierderea membrelor. Utilizarea de proteze neuronale utilizează principiul de funcționare interfață neurocomputerizată. Foarte simplu, unei persoane i se montează o proteză de braț sau de picior, de la care implanturi electronice duc la zona creierului care este responsabilă pentru mișcarea membrului respectiv. Neuroproteticele au fost supuse multor teste, dar dificultatea utilizării lor în masă este că NKI nu pot citi complet semnalele creierului, iar operarea protezelor în viața normală în afara laboratorului este dificilă. Cu mai mulți ani în urmă, Rusia a dorit să stabilească producția de proteze neuronale, dar până acum nu a fost pusă în aplicare.

Proteze auditive

În timp ce protezele de membre nu sunt încă pe piața de masă, implantul cohlear (o proteză care ajută la restabilirea auzului) este utilizat de ceva timp. Persoanele cu hipoacuzie neurosenzorială severă (pierdere severă a auzului) trebuie să aibă un implant cohlear pentru a primi unul, care Capacitatea lor de a recepționa și de a analiza sunetele este afectată). Asistența auditivă cu un implant cohlear este utilizată atunci când un aparat auditiv convențional nu funcționează rezultatele așteptate. Implantul este implantat chirurgical în ureche și în partea adiacentă a capului. La fel ca orice altă interfață neuronală, un implant cohlear trebuie să se potrivească perfect purtătorului. Trebuie să treceți printr-o perioadă lungă de reabilitare înainte de a învăța să îl folosiți și de a începe să acceptați implantul ca pe o nouă ureche.

Viitorul INQ

În ultima vreme, se aude și se citește peste tot despre inteligența artificială. Acest lucru înseamnă că visul multor oameni devine realitate - în curând, creierul nostru va fi în simbioză cu tehnologia. Aceasta va fi, fără îndoială, o nouă eră a dezvoltării umane. Un nou nivel de cunoștințe și capacități. Datorită interfeței creier-computer, se vor face multe descoperiri noi și importante în multe domenii ale științei. Pe lângă aplicațiile medicale, o NKI poate conecta deja utilizatorul cu dispozitive de realitate virtuală. Cum ar fi mouse-ul virtual al computerului, tastatura, personajele din jocurile de realitate virtuală etc. д.

Control fără brațe

Provocarea interfeței neuro-computer este de a găsi o modalitate de a controla tehnologia fără a folosi mușchii. Descoperirile din acest domeniu vor oferi persoanelor cu paralizii ale membrelor o mai mare capacitate de mișcare, de control al vehiculelor și al gadgeturilor. Încă de pe acum, NKI conectează perfect creierul uman și inteligența artificială a computerului. Acest lucru este posibil datorită unei rețele complexe și profunde de rețele de electrozi complicate pentru a afla cum funcționează creierul uman. Ele stau la baza programelor pe care funcționează NCI și inteligența artificială.

NCI în domeniul roboticii

Pe măsură ce oamenii de știință au descoperit că anumite zone ale creierului sunt responsabile de mișcarea mușchilor, le-a venit imediat ideea că creierul uman poate controla nu numai propriul corp, ci poate controla și o mașină umanoidă. În prezent se construiesc multe mașini robotizate diferite. Inclusiv umanoizi. Robotica caută să reproducă comportamentul oamenilor vii în munca lor umanoidă. Dar, până acum, programarea și inteligența artificială nu s-au descurcat mai bine decât NKI. Cu ajutorul unui NKI, membrele robotice pot fi controlate de la distanță. De exemplu, în locuri în care accesul uman nu este posibil. Sau locuri de muncă care necesită o muncă de precizie.

NKI în paralizie

De departe cea mai solicitată interfață neuro-computerizată în medicină. Controlul brațelor și picioarelor protetice, controlul gândit al scaunelor cu rotile, controlul informațiilor din smartphone-uri, calculatoare fără mâini etc. д. Dacă aceste inovații se vor răspândi, ele vor îmbunătăți nivelul de trai de persoane cu mobilitate redusă în prezent. Creierul va transmite imediat comenzile către dispozitive, ocolind corpul și ajutând persoana cu dizabilități să se adapteze mai bine la mediul înconjurător. Dar, în timp ce încercau să efectueze neuroprotezare, experții au întâmpinat unele probleme care nu pot fi rezolvate până în prezent.

Argumente pro și contra unei interfețe neuro-computerizate

Deși există multe avantaje în utilizarea unei NIC, există și dezavantaje. Un avantaj în dezvoltarea NKI în medicină este faptul că creierul uman (în special cortexul) se adaptează foarte bine la schimbări, astfel încât posibilitățile NKI sunt aproape nelimitate. Este vorba doar de dezvoltarea și descoperirea de noi tehnologii. Dar există câteva probleme aici.

Incompatibilitatea dintre țesuturile corpului și dispozitive

În primul rând, dacă implanturile sunt implantate invaziv (în interiorul țesutului), este foarte dificil să se obțină o compatibilitate deplină cu țesutul pacientului. Materialele și fibrele care trebuie să fie complet încorporate în țesutul organic sunt abia în curs de creare.

Imperfecțiunea tehnologiei în comparație cu creierul

În al doilea rând, electrozii sunt, până la urmă, mult mai simpli decât neuronii creierului. Acestea nu sunt încă capabile să transmită și să primească toate informațiile pe care celulele nervoase din creier le pot gestiona cu ușurință. Prin urmare, mișcarea membrelor a unei persoane sănătoase Acestea sunt mult mai rapide și mai precise decât implanturile neuronale, iar o ureche sănătoasă poate percepe sunetul mai clar și mai precis decât o ureche cu implant cohlear. În timp ce creierul nostru știe ce informații să selecteze și ce să ia ca informație principală, în cazul dispozitivelor cu inteligență artificială acest lucru este realizat de algoritmi scriși de oameni. Până în prezent, acestea nu pot duplica algoritmii complecși ai creierului uman.

Un număr mare de variabile care trebuie controlate

Unele institute de cercetare plănuiesc în viitorul apropiat să creeze nu un singur picior sau braț neuroprotetic, ci un întreg exoschelet pentru persoanele cu paralizie cerebrală. Cu această formă de proteză, exoscheletul trebuie să primească informații nu numai de la creier, ci și de la măduva spinării. Cu un astfel de dispozitiv conectat la toate terminațiile nervoase importante din corp, o persoană ar putea fi numită un adevărat cyborg. Purtarea unui exoschelet va permite unei persoane complet paralizate să își recâștige capacitatea de a se mișca. Dar problema este că realizarea mișcării nu este tot ceea ce i se cere unui NKI. Exoscheletul trebuie să ia în considerare și echilibrul, coordonarea și orientarea spațială. Până în prezent, sarcina de a efectua toate aceste comenzi simultan este dificilă.

Teama oamenilor de nou

Metoda neinvazivă de implantare este eficientă în laborator, dar este puțin probabil să funcționeze în viața reală. Contactul este slab, și este folosit doar în principal pentru pentru a citi semnale. Din acest motiv, medicina și neuroprotetica utilizează în general metoda chirurgicală de introducere a electrozilor în corp. Dar puțini oameni ar fi de acord să își unească trupurile cu o tehnică necunoscută. După ce au auzit de terminatori și cyborgi în filmele de la Hollywood, oamenii se tem de progres și de inovații, mai ales atunci când acestea privesc direct oamenii.