Управлять машиной силой мысли: как устройства без слов понимают наши желания

Устройства для считывания активности мозга помогают парализованным людям двигаться, говорить и работать с гаджетами. Мозговые имплантаты становятся все лучше, и их уже собираются выпускать на рынок. «Хайтек» разбирается, как людям возвращают возможность взаимодействовать с миром.

Разговаривать с родственниками, играть в компьютерную игру и управлять протезом — все это может делать даже парализованный человек, достаточно только силы мысли и интерфейса мозг–компьютер.

Как парализованные люди возвращаются к нормальной жизни?

Джеймс Джонсон надеется, что однажды сможет сесть за руль снова. Если он это сделает, то только используя силу своей мысли. В марте 2017 года Джонсон сломал шею из-за несчастного случая и его почти полностью парализовало ниже плеч.

Реабилитологи Джонсона познакомили его с исследователями из Калифорнийского технологического института (Caltech) в Пасадене. Его пригласили присоединиться к клиническим испытаниям интерфейса мозг–компьютер (BCI или ИМК).

Сначала ему провели нейрохирургическую операцию и имплантировали две сетки электродов в кору головного мозга. Эти электроды регистрируют возбуждение нейронов в мозгу. Дальше исследователи используют алгоритмы для расшифровки его мыслей и намерений. Затем система использует мозговую активность Джонсона для работы с компьютерными приложениями, или чтобы помочь ему двигаться в конкретном направлении.

В первый раз, когда Джонсон использовал интерфейс мозг–компьютер, имплантированный в ноябре 2018 года, он смог водить курсором по экрану. Для этого нужно было просто подумать об этом.

С тех пор Джонсон использовал ИМК для управления роборукой, чтобы играть в видеоигры и управлять моделируемым автомобилем в виртуальной реальности. Джонсон — один из 35 человек, которым на длительный срок имплантировали ИМК в мозг. Только около 12 лабораторий проводят такие исследования, но это число растет.

Как хорошо устройства считывают мысли и помогают выполнять желаемое?

За последние пять лет диапазон навыков, которые можно восстановить с помощью ИМК значительно расширился. Только в 2021 году ученые описали случай, когда пациент использовал роботизированную руку, посылающую сенсорную обратную связь непосредственно в его мозг. Также протезное речевое устройство для тех, кто потерял способность говорить из-за инсульта. И человека, который мог общаться с рекордной скоростью, воображая, что он пишет от руки.

Можно ли вернуть себе речь?

«Одно из самых серьезных последствий от травмы головного мозга — потеря способности общаться», — говорит Эдвард Чанг, нейрохирург и нейробиолог из Калифорнийского университета в Сан-Франциско.

В начале работы с ИМК участники могли перемещать курсор по экрану компьютера, представляя движение своей руки и то, как они нажимают на клавиши. Такое общение с помощью курсора позволяло передать примерно 40 символов в минуту — рекорд был установлен в 2017 году командой под руководством Кришны Шеной, нейробиолога из Стэнфордского университета в Калифорнии.

Затем, в 2021 году эта же группа сообщила о новом подходе, с помощью которого участник, Деннис Деграрь, смог передать в два раза больше символов.

Коллега Шеноя — Фрэнк Уиллетт — предложил Деграю представить, что от пишет слова от руки, пока исследователи изучают данные из его моторной коры головного мозга. Система иногда с трудом разбирала сигналы, которые касались букв, визуально похожих на письме — r, n и h, но в целом она могла легко определить все буквы.

Алгоритм декодирования показал точность 95%, но при использовании автокоррекции, похожей на ту, что есть в обычном смартфоне, точность выросла до 99%.

Но есть и другой подход к передаче информации. Эдвард Чанг, нейрохирург и нейробиолог из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, придумал подход, который фокусируется на разговорной речи, а не на письме. Точно так же, как текст состоит из отдельных букв, речь состоит из отдельных единиц, называемых фонемами. В английском языке насчитывается около 50 фонем: каждую можно получить при определенном движении голосового тракта, языка и губ.

Группа Чанга сначала работала над изучением части мозга, которая генерирует фонемы и, следовательно, речь, — это плохо изученная область, которая называется дорсальная кора гортани. Исследователи создали систему декодирования речи, которая отображает расшифрованные сигналы пользователя в виде текста на экране. В 2021 году группа сообщила, что это устройство позволило человеку общаться, используя заранее определенный набор слов из 50 штук. Скорость составила 15 слов в минуту.

В этом случае ученые не записывали данные с отдельных нейронов. Вместо этого они использовали электроды, размещенные на поверхности коры головного мозга, которые обнаруживают усредненную активность всех нейронов. Сигналы не такие точные, как от электродов, имплантированных в кору головного мозга, но зато подход менее инвазивный.

Есть ли такие устройства в свободном доступе?

На сегодняшний день большинство имплантатов, которые записывают активность отдельный нейронов, создала компания Blackrock Neurotech. Это разработчики медицинского оборудования, которые базируются в Солт-Лейк-Сити. Но за последние семь лет коммерческий интерес к ИМК резко возрос. Например, в 2016 году предприниматель Илон Маск запустил NeuraLynx в Сан-Франциско чтобы разработать подобное устройство. Компания привлекла $363 млн.

Председатель правления Blackrock Neurotech Флориан Зольцбахер заявил, что хочет вывести на рынок систему ИМК в течение года. В ноябре 2021 года Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA), которое регулирует медицинское оборудование, запустило ускоренный процесс проверки продуктов компании, чтобы облегчить их вывод на рынок. Возможно, их интерфейс станет первым массовым продуктом в этой области.

Что дальше?

Эксперты подчеркивают, что разработчикам коммерческих устройств ИМК придется работать без какого-либо экспертного надзора в течение месяцев или даже лет. Еще важно убедиться, что интерфейс одинаково хорошо функционирует у каждого пользователя.

Также они отметили, что достижения в области машинного обучения помогут решить первую проблему. Но вот достичь универсальной эффективности вне зависимости от пользователя — это задача сложнее.

Кроме этого, специалисты по этике подчеркивают, что пользователи должны сохранять полный контроль над данными с устройств. Современные технологии не могут расшифровывать личные мысли людей, тем не менее разработчики будут иметь данные обо всех диалогах пользователя, а также важные данные о здоровье их мозга. Отмечается, что ИМК — это новый тип риска для кибербезопасности.

Читать далее:

За ней охотились столетиями: что нам известно о планете Вулкан рядом с Солнцем

Физики экспериментально подтвердили новый фундаментальный закон для жидкостей

Астрономы нашли источник загадочных радиовсплесков, которые идут из космоса

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Как ИИ повышает эффективность и снижает риски обогатительных предприятий
Мнения
«Джеймс Уэбб» изучил загадочные кольца погибшей звезды
Космос
Открыт прием заявок на ежегодную премию Digital Leaders 2025
Новости
GigaChat научился искать информацию в сети: Сбер обновил ИИ-помощника
Новости
Созданы очки с искусственным интеллектом для незрячих людей
Новости
Минобрнауки продолжит программу кешбэка для инвесторов университетских стартапов
Новости
OpenAI представила GPT-4.1: модель с улучшенными возможностями для программистов
Новости
Китайские ученые превратили мох в губку, которая впитывает нефть
Наука
Университет Иннополис запускает бесплатные экскурсии в Центр робототехники
Иннополис
Интерактивная карта клетки человека раскрывает тайны детского рака костей
Наука
«Уэбб» раскрыл детали космической катастрофы: как звезда поглотила планету
Космос
Российский госсектор потратил 2,4 млрд рублей за год на оборудование для ИИ
Новости
Китайская компания анонсировала первый матч по боксу между роботами
Новости
Эта черная дыра «проснулась» настолько голодной, что нарушила все модели ученых
Космос
Мошенники начали использовать схему с домофоном, чтобы красть деньги с банковских карт
Новости
Галактика-соседка Млечного Пути начинает разрушаться: что происходит
Космос
Россиян поздравили с Днем космонавтики прямо с МКС
Космос
Разработаны «бактерии-шпионы»: они посылают сигнал, заметный с высоты
Наука
Ученые разработали «плащ-невидимку» для нейронов для лечения Паркинсона
Наука
В России разработали проект строительства атомной электростанции на Луне
Космос