Småningom kommer många nya saker in i våra liv. Teknikens utveckling står inte stilla och imorgon kan det bli möjligt det vi igår inte vågade drömma om. Neurodatorgränssnittet (NCI) gör kopplingen mellan den mänskliga hjärnan och teknologin verklig, deras partiella interaktion.
Vad är NCI?
NCI är ett system för informationsutbyte mellan den mänskliga hjärnan och en elektronisk enhet. Utbytet kan vara tvåvägs, när elektriska impulser kommer från enheten till hjärnan och vice versa, eller enkelriktat, när endast ett objekt tar emot information. I enklare termer är NCI vad som kallas "hantering av tankens kraft". En mycket viktig upptäckt som redan används flitigt på många områden i livet.
Hur fungerar NCI?
Hjärnans nervceller överför information till varandra med hjälp av elektriska impulser. Detta är ett mycket komplext och invecklat nätverk som forskare ännu inte kan analysera fullt ut. Men med hjälp av NCI blev det möjligt att läsa en del av informationen om hjärnimpulser och överföra den till elektroniska enheter. De kan i sin tur förändrasimpulser till handling.
History of studying NCI
Det är anmärkningsvärt att den ryske vetenskapsmannen IP Pavlovs verk med betingade reflexer blev grunden för utvecklingen av NC-gränssnittet. Också en viktig roll i studiet av NCI spelades av hans eget arbete med den reglerande rollen av hjärnbarken. IP Pavlovs forskning ägde rum i början av 1900-talet vid Institutet för experimentell medicin i St. Petersburg. Senare utvecklades Pavlovs idéer i riktning mot NC-gränssnittet av den sovjetiske fysiologen P. K. Anokhin och den sovjetiska och ryska neurofysiologen N. P. Bekhtereva. Global NCI-forskning började först på 1970-talet i USA. Experiment utfördes på apor, råttor och andra djur. Under forskningen upptäckte forskare som arbetar med experimentapor att vissa delar av hjärnan är ansvariga för rörelserna i deras lemmar. Sedan denna upptäckt har NCI:s efterföljande öde beseglats.
Elektroencefalografi (EEG)
Elektroencefalografi är en metod för att läsa av de elektroniska impulserna i hjärnan genom att icke-invasivt fästa elektroder på en persons huvud. En icke-invasiv metod är en metod där elektroder fästs på huvudet på en person eller ett djur, utan direkt införande i hjärnbarken. EEG-metoden dök upp för relativt länge sedan och gav ett stort bidrag till utvecklingen av hjärn-dator-gränssnittet. EEG-metoden används än idag eftersom den är billig och effektiv.
Stages of NCI
Information som kommer från den mänskliga hjärnan bearbetaselektronisk enhet i fyra steg:
- Ta emot signal.
- Förbehandling.
- Tolkning och klassificering av data.
- Datautgång.
Första etappen
I det första steget sätts elektroder antingen in direkt i hjärnbarken (invasiv metod) eller fästs på ytan av huvudet (icke-invasiv metod). Processen att läsa information från hjärnceller börjar. Elektroderna samlar in data från individuella neuronsystem som är ansvariga för olika handlingar.
Förbehandling
I det andra steget av hjärn-dator-gränssnittet förbehandlas de mottagna signalerna. Enheten extraherar signalegenskaper för att förenkla den komplexa sammansättningen av data, sålla bort onödig information och brus som stör tydliga hjärnsignaler.
Tredje etappen
I det tredje steget av NDT-gränssnittet tolkas information från elektriska impulser till en digital kod. Det betecknar en handling, en signal som hjärnan gav. De resulterande koderna klassificeras sedan.
Datautgång
Informationsutmatning sker i det fjärde steget. Den digitaliserade informationen matas ut till en enhet som är ansluten till hjärnan, som utför ett ment alt givet kommando.
Neuroprosthetics
Ett av huvudområdena för implementering av hjärnans gränssnitt är medicin. Neurala proteser är utformade för att återställa kopplingen mellan den mänskliga hjärnan och dess organs verkan, för att ersätta organ skadade av sjukdom eller skada, med efterföljande återställande av funktionerna hos en frisk kropp. NCI kan vara särskilt bra för personer med förlamning eller förlust av lemmar. Vid användning av neurala proteser används principen för driften av hjärn-datorgränssnittet. För att uttrycka det väldigt enkelt, är en person utrustad med proteser i armar eller ben, från vilka elektroniska implantat leder till det område av hjärnan som är ansvarigt för rörelsen av denna lem. Neuroproteser har klarat många tester, men svårigheten med dess massanvändning ligger i det faktum att NCI inte kan läsa hjärnans signaler fullt ut, och kontrollen av proteser i vardagen utanför laboratoriet är svår. För några år sedan ville Ryssland etablera tillverkning av neuroproteser, men det har hittills inte genomförts.
Hörselproteser
Om proteser ännu inte har dykt upp på massmarknaden, så har cochleaimplantatet (en protes som hjälper till att återställa hörseln) använts under lång tid. För att få det måste patienten ha en uttalad grad av sensorineural hörselnedsättning (det vill säga en sådan hörselnedsättning där hörapparatens förmåga att ta emot och analysera ljud är nedsatt). Hörselåterställning med ett cochleaimplantat används när en konventionell hörapparat inte ger det förväntade resultatet. Implantatet implanteras i öronapparaten och den intilliggande delen av huvudet som ett resultat av en kirurgisk operation. Liksom alla andra hjärn-maskin-gränssnitt måste ett cochleaimplantat passa bäraren helt. För att lära sig att använda det och börja uppfatta implantatet som ett nytt öra måste patienten genomgå en lång rehabiliteringsförlopp.
Future of NCI
Nyligen kan du höra och läsa om artificiell intelligens överallt. Det betyder att många människors dröm går i uppfyllelse – snart går vår hjärna i symbios med teknik. Utan tvekan kommer detta att bli en ny era i mänsklighetens utveckling. Ny nivå av kunskap och möjligheter. Tack vare hjärn-dator-gränssnittet kommer ett stort antal nya och viktiga upptäckter att dyka upp inom många vetenskapsområden. Förutom att användas för medicinska ändamål kan NCI redan ansluta användaren till virtuell verklighetsenheter. Som virtuell datormus, tangentbord, karaktärer i virtuella verklighetsspel, etc.
Management utan händer
Huvuduppgiften för neurodatorgränssnittet är att hitta möjligheten att styra utrustning utan hjälp av muskler. Upptäckter inom detta område kommer att ge människor med förlamning fler möjligheter i rörelse, bilkörning och prylar. Redan nu kombinerar NCI sömlöst den mänskliga hjärnan och datorns artificiella intelligens. Detta blev möjligt tack vare en djup studie av den mänskliga hjärnans principer. Det är på grundval av dem som program sammanställs på vilka NCI och artificiell intelligens fungerar.
NTI i robotik
Eftersom forskare fick reda på att vissa delar av hjärnan är ansvariga för muskelrörelser, fick de omedelbart idén att den mänskliga hjärnan inte bara kan kontrollera sin egen kropp, utan också styra en humanoid maskin. Många olika robotmaskiner skapas nu. Inklusive humanoider. Robotiker strävar i sina mänskliga verkimitera verkliga människors beteende. Men än så länge klarar programmering och artificiell intelligens denna uppgift lite sämre än NCI. Med hjälp av NC-gränssnittet kan du styra robotben på avstånd. Till exempel på platser där mänsklig tillgång är omöjlig. Eller i jobb som kräver smyckesprecision.
NCI för förlamning
Det mest efterfrågade är utan tvekan gränssnittet mellan hjärna och dator inom medicin. Styra armar, benproteser, styra en rullstol med ditt sinne, hantera information i smartphones, datorer utan händer, etc. Om dessa innovationer blir allestädes närvarande kommer levnadsstandarden för människor som för närvarande är begränsade i sin förmåga att röra sig att förbättras. Hjärnan kommer omedelbart att överföra kommandon till enheter, kringgå kroppen, vilket kommer att hjälpa en person med funktionsnedsättning att bättre anpassa sig till miljön. Men när de provar neuroproteser möter specialister vissa problem som de inte kan hitta lösningar på i dag.
För- och nackdelar med hjärn-datorgränssnittet
Trots att det finns många fördelar med att använda NC-gränssnittet, finns det också nackdelar med dess användning. En fördel med utvecklingen av NCI inom medicinen är det faktum att den mänskliga hjärnan (särskilt dess cortex) anpassar sig mycket väl till förändringar, på grund av vilka möjligheterna för NCI-gränssnittet är nästan obegränsade. Frågan ligger bara bakom utvecklingen och upptäckten av ny teknik. Men det finns några problem här.
Inkompatibilitet mellan kroppsvävnader med enheter
Först, om du går inimplantat på ett invasivt sätt (inuti vävnaderna), är det mycket svårt att uppnå deras fulla kompatibilitet med patientens vävnader. De material och fibrer som måste implanteras helt i organisk vävnad skapas bara.
Operfekt teknik jämfört med hjärnan
För det andra är elektroder fortfarande mycket enklare än hjärnans neuroner. De kan ännu inte överföra och ta emot all information som hjärnans nervceller kan hantera med lätthet. Därför är rörelsen av lemmar hos en frisk person mycket snabbare och mer exakt än rörelsen av neuroproteser, och ett friskt öra uppfattar ljud tydligare och mer korrekt än ett öra med ett cochleaimplantat. Om vår hjärna vet vilken information som ska filtreras bort och vad den ska betraktas som den viktigaste, så görs detta i enheter med artificiell intelligens av mänskligt skrivna algoritmer. Tills de kan replikera den mänskliga hjärnans komplexa algoritmer.
För många variabler att kontrollera
Vissa vetenskapliga institut planerar inom en snar framtid att inte skapa en separat neuroprotes av ett ben eller en arm, utan ett helt exoskelett för personer med cerebral pares. Med denna form av protes måste exoskelettet få information inte bara från hjärnan, utan också från ryggmärgen. Med en sådan enhet, kopplad till alla viktiga nervändar i kroppen, kan en person kallas en riktig cyborg. Att bära ett exoskelett gör att en helt förlamad person kan återfå förmågan att röra sig. Men problemet är att genomförandet av rörelsen inte är allt som krävs från NCI. Exoskelettmåste också ta hänsyn till balans, koordination av rörelser, orientering i rymden. Även om uppgiften att implementera alla dessa kommandon samtidigt är svår.
Folks rädsla för det nya
Den icke-invasiva metoden för implantatplacering är effektiv i laboratorieförhållanden, men i det vanliga livet är det osannolikt att denna metod uppfyller de förväntningar som ställs på den. Kontakten med en sådan anslutning är svag, den används främst för att läsa signaler. Därför, inom medicin och inom neuroprotetik, använder de som regel den kirurgiska metoden för att introducera elektroder i kroppen. Men få människor kommer att gå med på att kombinera sin kropp och okända teknik. Efter att ha hört talas om terminatorer och cyborgs från Hollywood-filmer är folk rädda för framsteg och innovationer, särskilt när de berör en person direkt.
