Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

НЕЙРОКОММУНИКАТОРЫ: прямая связь мозг-компьютер, возможности и перспективы

Начало: 14.10.2010 | Окончание: 20.11.2010


Каплан Александр Яковлевич


Александр Яковлевич Каплан - зав. лабораторией нейрофизиологии и нейроинтерфейсов биологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова, доктор биологических наук, профессор, Лауреат Государственной премии правительства РФ.

Один из главных научных интересов Александра Каплана - это разработка технологии НЕЙРОКОММУНИКАТОРОВ, которая открывает перспективы прямой коммуникации на линии: мозг-компьютер.

Более 50 лет назад было открыто, что человек способен менять характеристики биотоков собственного мозга, т.е. электроэнцефалограммы (ЭЭГ). На этом явлении и основан принцип работы нейрокоммуникаторов. Произвольные изменения биотоков мозга можно использовать как бинарный код в прямой коммуникации между мозгом и исполнительными устройствами во внешней среде.

Такая технология называется технологией интерфейсов мозг-компьютер (ИМК) или по-английски - Brain-Computer Interface (BCI). Подобные технологии можно применять в медицине для инвалидов с тяжелыми расстройствами мышечной системы, а также для реабилитации последствий мозговых поражений. Можно сказать, что с появлением ИМК мысль может напрямую руководить курсором компьютера, управлять клавиатурой, моторчиками и приводами, двигать предметы на любом расстоянии, доступном радиосигналу от передатчика, соединенного с ИМК.

В настоящее время лаборатория А.Каплана уже известна своими новаторскими разработками в области ИМК, в частности, разработкой алгоритмов для неосознанного управления RGB-драйвером монитора, новыми алгоритмами надежной "мыслеуправляемой" буквопечати, первыми компьютерными играми на основе ИМК и др.

Подробнее с исследованиями, проводимыми под руководством Александра Каплана можно ознакомиться на сайте Группы изучения мозга человека http://brain.bio.msu.ru/bci_r.htm


Просмотров: 33598 | Комментариев: 14


Вопросы и ответы:


Вопрос:

Евгений
Здравствуйте! В одном из рассказов С. Лема приводится следующая ситуация: некий ученый создал несколько искусственных "мозгов", объединил их в сеть, задал им при помощи своего интерфейса начальные условия их мира, в общем, взял на себя роль творца. Как он утверждал, искусственные разумы при должном развитии технологии никоим образом не смогут понять, кем на самом деле они являются: все события их мира, все воздействия окружающей среды задаются компьютером. Такой вот солипсизм. Возможно, не совсем по теме, но вопрос следующий: возможно ли в отдаленном будущем такая ситуация для реального человеческого разума? Только представьте себе - после смерти тела мозг сможет жить самостоятельно в своем собственном мире! Вам не кажется, что развитие вашей технологии сможет привести к созданию киборгов?

Ответ:

Каплан Александр Яковлевич
В одном из своих философских эссе десятилетней давности Станислав Лем сделал существенное раграничение между своими понятиями интеллекта и разума: "... ИНТЕЛЛЕКТ мне кажется более БЕЗЛИЧНЫМ, то есть лишенным признаков индивидуальности, чем РАЗУМ". Понятно, что никакими компьютерными симуляциями невозможно подменить индивидуальный мир личности, который развивается с первых дней жизни человека так же последовательно и поэтапно, как и его тело. Поэтому, как бы ни были похожи на правду картины симулированной компьютером реальности, какими бы инструментальными средствами не оснастился бы мозг человека, включая всякого рода нейроинтерфейсы, - он до последних минут своей жизни будет нести в себе индивидуальный мир конкретного человека и проявлять себя личностью.
Интерфейсы мозг-компьютер станут в будущем не более чем компьютерными мышками и джойстиками, уменьшившимися до размеров ушных клипс. Мозг получит возможность более оперативной и комфортной коммуникации с внешними информационными средами: компьютерами, информационными потоками, мобильными роботами, киборгами, если хотите. Да, в будущем личность человека сможет достаточно полноценно проявлять себя во внешнем мире до тех пор, пока будет жить его мозг. Но "захочет" ли такую жизнь без тела личность? Это уже другая тема...



Вопрос:

ТЛД
Александр Яковлевич, Вы пишите - "...ИМК ни в коем случае не могут обогатить внутренний мир человека, они будут лишь одним из его инструментов для овладения внешним миром и для саморегуляции"... На мой вопрос вы ответили косвенно - "для саморегуляции" - значит ли это, что ИМК будет и инструментом для управления собственными эмоциями? И если да, то кому же понравятся "механические", "заданные" эмоции другого человека?

Ответ:

Каплан Александр Яковлевич
Я понимаю ваш негативизм в отношении технологий искусственного "подрегулирования" организма, его эмоций, мотивов... Однако, ИМК не относятся к таким технологиям. ИМК - это как велосипед: хочешь, можешь прокатиться, а хочешь - можешь пешком пройтись. ИМК - это еще один из целого ряда высокотехнологичных инструментов человека, которые помогают ему адаптироваться к условиям индустриально развитого общества. Естественная эволюция человека не могла предусмотреть в его "конструкции" столь стремительного в последние 50-100 лет техногенного развития цивилизации. Потому человеку обязательно нужна искусственная техногенная поддержка. ИМК - один из вариантов такой поддержки. С помощью ИМК человек сможет поиграть "мозговыми извилинами" не хуже, чем мышцами в тренажерном зале.



Вопрос:

Илья
Требуются ли для достижения Ваших целей качественные изменения в требованиях, которые на сегодняшний день предъявляются к компьютерам: новые языки программирования? новые парадигмы вычислений? новые макро-\микро- архитектуры и т.п.?

Ответ:

Каплан Александр Яковлевич
Если говорить об имеющихся в мире технологиях в электронике, программировании и вычислительной математике, то всего этого достаточно для продвижения на пути создания совершенных интерфейсов мозг-компьютер в современном их определении. Если же говорить конкретно об исследованиях в этой сфере в России и, конкретно, в нашей лаборатории, то мы остро нуждаемся в разработке и изготовлении специализированных процессоров и чипов для реализации интерфейсов мозг-компьютер наиболее практично и в реальном времени.



Вопрос:

Just a girl
Здравствуйте. Будьте добры, скажите пожалуйста, если в состоянии медитации йоги способны управлять своими биоритмами, значит ли это, что в случае, например, повреждения головного мозга, они способны гораздо быстрее и успешнее освоить и использовать ИМК чем те, кто никогда не имел дело с медитацией?

Ответ:

Каплан Александр Яковлевич
Способности - это генетически заданная или приобретенная в ходе жизни предрасположенность человека к занятию тем или иным делом в широком смысле: от изготовления табуреток до создания научных теорий. Некоторые из этих способностей определяют умение человека прислушиваться к самому себе, к своим физическим и душевным состояниям. Конечно, это умение более развито у людей, которые систематически занимаются медитативной практикой и потому им дано больше возможностей в освоении технологий ИМК. Однако до сих пор не были сделаны соответствующие сравнительные исследования. Мы только приступаем к изучению закономерностей собственно формирования навыков работы человека в контуре ИМК. Мы ожидаем, что использование тренажеров на основе ИМК будет развивать способности человека к владению своим телом, своими душевными состояниями, к владению собой в самом широком смысле.


Вопрос:

ТЛД
Александр Яковлевич, добрый день. "ИМК" - звучит очень даже неплохо, особенно в сочетании с "помощь инвалидам"... "Инновация"... известность... и все вытекающие отсюда последствия. А на самом деле - способность управлять собственной ЭЭГ - зачем? Сделать мозг более пластичным? Способным управлять эмоциями? Richard Davidson взялся сделать людей более счастливыми (правда с помощью медитаций) - и что - разве сделал? Разве можно сделать человека счастливым искусственным путем? Изменяя биотоки собственного мозга, можно ли управлять собственными эмоциями? Желаниями? Можно ли научиться "приказывать" себе любить или ненавидеть? Радоваться или огорчаться? И не превратится ли в будущем такой человек в бездушное существо? По сути своей - в робота? И не является ли это элементарной деградацией личности, а заодно и общества? Спасибо.

Ответ:

Каплан Александр Яковлевич
Вы совершенно правильно подметили основную нашу надежду в деле создания совершенных ИМК для здоровых людей: дать им настоящие тренажеры для различных механизмов мозга. То, с чем мы уже давно свыклись в отношении тренировки тела - бодифитнес, теперь приходит к нам в дом и в отношении тренировки мозга - брэинфитнес.

Представьте, обнаружилась некоторая недостаточность в работе лобных долей коры головного мозга - согласно современной нейропсихологии это приведет к нарушению волевого контроля, к дефициту внимания, к гиперактивности. Чтобы избежать таких последствий, попробуем замкнуть электрическую активность этих областей мозга на игровой тренинг - получим приятный тренажер активности ослабленных механизмов мозга. В более широком смысле - это тренинг владения собой. Я немного фантазирую сейчас, так как исследователи только подходят к разработке собственно пользовательских ИМК, но указываю на совершенно определенное направление уже начатых работ в области ИМК.

Что же касается вопроса о том, сделают ли ИМК человека более счастливым, то мой ответ: не сделают. Счастливым человека делает только то, что у него в голове, а не снаружи. ИМК ни в коем случае не могут обогатить внутренний мир человека, они будут лишь одним из его инструментов для овладения внешним миром и для саморегуляции.



Вопрос:

victory
Александр Яковлевич, сейчас технологии ИМК пока способны осваивать уровень понимания нейрофизиологической сущности процесса. Но завтра возможности науки и техники будут способны влиять и даже управлять психической деятельностью в системе компьютер-мозг. Вы согласны?

Ответ:

Каплан Александр Яковлевич
Технологии ИМК по определению предназначены для передачи мысленных команд напрямую от мозга к внешним приемным или исполнительным устройствам без посредства мышц. Эти технологии уже потребовали и еще потребуют значительного развития сопутствующих нейрофизиологических и когнитивных исследований. Принципиально здесь то, что, несмотря на участие в этой технологии методики регистрации биотоков мозга, здесь нет речи о чтении мыслей. Здесь ближе аналогия угадывания хорошим мастером состояния двигателя по его шуму.

Что же касается техногенного управления психической деятельностью человека, то это совсем другая область, в которой уже давно и в наибольшей степени преуспели как мультимедийные средства передачи и представления информации, так и индивидуальные техники управления и лечения словом. Важно отметить, что согласно современным теоретическим представлениям и экспериментальным данным науки о мозге человека, - даже в отдаленном будущем к мозгу не удастся подключиться никакими информационными кабелями для управления психикой.



Вопрос:

Макрофаг

Уважаемый Александр Яковлевич.
"Квазистационарные состояния мозга",это то же самое,что и "гибкие звенья" описанные Н.П. Бехтеревой ,которая мечтала о "технической телепатии - "(считывание мыслительных процессов) и в поисках мозговых коррелятов психических проявлений потратила много времени и безуспешно.
Т.е специализация нейронов это не только пусковые триггеры (открытые русскими и успешно развитые американцами. Нейроны - триггеры - командные нейроны, только запускающие двигательную программу, но не участвующие в ее дальнейшем осуществлении.)

Сегодня активность мозга и соответственно двигательным программам - соотношение активности мотонейронов, возникает в одном участке мозга, завтра это будет совсем другой участок фиксируемый ЭЭГ Интерфейс - оборудование будет требовать постоянной перенастройки. Каким образом Вы будете пытаться уловить - неуловимое? Постоянная,громоздкая перенастройка - это очень много времени и соответственно - затрат.
Желаю успехов. :)

Ответ:

Каплан Александр Яковлевич
Я не берусь трактовать, что же такое "гибкие звенья" по Н.П.Бехтеревой. Что же касается наших представлений о существовании метастабильных состояний нейронных систем, то они основаны на сугубо экспериментальных фактах о том, что электроэнцефалограмма человека выглядит как совокупность квазистационарных участков, разделенных кратковременными переходными периодами между ними. "Выглядит", это значит, что суровая статистика (а было на этот сет много чего сделано совместно с математиками) подтверждает такое строение ЭЭГ. Если существуют периоды квазистационарности ЭЭГ, значит, мы не можем отказать себе в гипотезе о существовании квазистабильных состояний соответствующих нейронных систем. Только и всего, ни о каких коррелятах психической деятельности в этом случае мы не пишем. Подробнее посмотрите, пожалуйста в моих обзорах, и в статьях, полнотекстовых версии которых выложены на нашем сайте.

В наших статьях также не написано, каким образом настраивается интерфейс на индивидуальные особенности ЭЭГ, т.е. находятся коэффициенты классификатора ЭЭГ. Если коротко, то это делается всего за 2-4 минуты, и в дальнейшем не требует перестройки в течение многих месяцев, так как полученные коэффициенты существенно не могут измениться в пределах одного возрастного периода. Как видите, мы поймали вполне "уловимое". Кстати, не мы первые, и не мы последние - подобные технологии ИМК сейчас достаточно известны, дело лишь за тонкостями понимания нейрофизиологической сущности процесса и элегантностью алгоритмов.


Вопрос:

Kompshmarik Виктор
В инвалидах на голову у человечества недостатка нет... а я один из и очень хотелось ,чтобы у каждого индивида была возможность управлять машинной памятью в тысячи тэрабайт, как своей собственной. К сожалению , последствия реализации могут оказатся не такими радужными, как мне бы того хотелось, но перспективы... Надеюсь ваши работы рано или поздно приведут к этому.

Ответ:

Каплан Александр Яковлевич
Спасибо за поддержку. Да, зачастую путь к той самой заветной цели, которую ощущаешь уже сегодня, оказывается далеко не близким. И результаты работы могут поначалу разочаровывать. Технология интерфейсов мозг-компьютер потребует еще много работы. Но отдадимся на милость восточной мудрости о том, что человек не может выдумать то, что рано или поздно не сможет сделать.



Вопрос:

Дмитрий В.
Здравствуйте, Александр Яковлевич. В чем сложность работы над ИМК, какие трудности стоят перед лабораторией?

Ответ:

Каплан Александр Яковлевич
Некоторое время назад основная сложность в работе по тематике интерфейсов мозг-компьютер состояла в недостаточной теоретической и экспериментальной разработанности проблемы. В настоящее время имеющиеся у исследователей и, в частности, в нашей лаборатории теоретические и экспериментальные заделы значительно опережают готовность государственных и частных фондов выделить достаточные средства для проведения финишных опытно-конструкторских работ, например, для создания биомеханического протеза кисти, для перевода значительной части имеющихся компьютерных игр на управление "силой мысли", для создания медицинской систем реабилитации инвалидов, для разработки брэин-фитнесовых систем тренировки памяти, внимания, оперативного мышления и др.



Вопрос:

Денис
Каковы технические характеристики систем, которые используются непосредственно для связи с мозгом? Датчики, быстродействие, процессоры, специализированные платы или напрямую в компьютер? Возможно ли распознавать движения рук, ног? Т.е. типа игровой приставки Kinnekt (но там визуально происходит распознавание) или типа перчаток (но датчики на перчатки, которую необходимо одевать).

Ответ:

Каплан Александр Яковлевич
Технология ИМК весьма проста по структуре: а) электродная система, т.е. тем или иным образом закрепляемые на голове электроды для съема биопотенциалов; б)многоканальный усилитель биопотенциалов - наиболее ответственная часть ИМК, так как этот усилитель должен иметь не более 1 мкв от пика до пика по шумам на закороченном входе в полосе до 75 Гц, а также должен иметь высокое входное сопротивление (до 1 гОм) и достаточный коэффициент подавления синфазной помехи (до 120 дБ); в) высокоскоростной аналого-цифровой преобразователь не менее 16 бит и, конечно, г) программное обеспечение, где главным модулем является классификатор паттернов ЭЭГ.

Что касается возможности распознавания движений рук, или, скажем шире, - движений туловища, мимики и других проявлений моторики у человека, то это только вопрос необходимости, сил и средств. Все возможно.






Перейти к обсуждению на форуме >>