Теги → мозг
Быстрый переход

Huami создает лабораторию для разработки нейроинтерфейса, связывающего мозг с компьютером

Один из крупнейших в Китае производителей умных часов и фитнес-браслеров компания Huami делает ставку на киберпанк идёт в большую науку. Вместе с учёными из Института передовых технологий Китайского университета науки и технологий (USTC) Huami создала «Объединенную лабораторию мозга и искусственного интеллекта».

Компания Huami стремится создать новый класс носимой электроники для слежения за мозговой активностью человека и даже планирует эксперименты с вживляемым в мозг интерфейсом для связи с компьютером. У Huami большой опыт в области интеллектуальных носимых устройств, тогда как научные партнёры компании в лице институтских и университетских специалистов готовы поделиться знаниями в области науки о мозге и искусственном интеллекте.

В новой лаборатории планируется проводить плановые неинвазивные и инвазивные (с хирургическим вмешательством) исследования интерфейса мозг-компьютер, при этом уделяя особое внимание распознаванию эмоций, здоровому сну, обнаружению эпилепсии, семантическому анализу мозга и другим областям, используя в качестве источника информации сигналы ЭЭГ (электроэнцефалограммы).

В конечном итоге Huami рассчитывает создать портативное или носимое устройство нового поколения для отслеживания уровня стресса, депрессии, предупреждения эпилепсии и других применений с анализом состояния мозга в целом. Одним из первых наиболее ценных практических применений будущего устройства должно стать решение для обнаружения и прогнозирования случаев эпилепсии. Что касается хирургически вживляемых интерфейсов в живой мозг, то лаборатория будут проводить опыты на животных. О работе с людьми речь пока не идёт. В этом первым обещает стать Илон Маск и его компания Neuralink.

Илон Маск рассказал, когда Neuralink начнёт по-настоящему чипировать человеческий мозг

Глава Tesla и SpaceX Илон Маск (Elon Musk) в недавнем подкасте Джо Рогана (Joe Rogan) обсудил детали о том, каким потенциалом обладает технология Neuralink, перед которой стоит задача — объединить человеческий мозг с компьютером. Кроме того, он рассказал, когда технологию собираются испытать на людях. По его словам, случится это уже совсем скоро.

По словам Маска, в идеале технология должна создать симбиоз между людьми и искусственным интеллектом.

«Мы уже в какой-то степени являемся киборгами. У нас есть смартфоны, ноутбуки и другие устройства. Сегодня, если вы забудете свой смартфон дома, то будете чувствовать себя так, как будто лишились одной из конечностей. Мы уже частично киборги», — заявил Маск.

Компания Neuralink, одним из основателей которой является сам Маск, с 2016 года ведёт разработку ультратонких электродов, которые имплантируются в мозг для стимуляции нейронов. Текущая цель компании — адаптировать технологию для лечения пациентов с квадриплегией (частичным или полным параличом всех конечностей), обычно возникающей вследствие травмы спинного мозга.

Толщина электродов составляет всего 1/3 толщины человеческого волоса

Толщина электродов составляет всего 1/3 толщины человеческого волоса

Во время подкаста Маск рассказал, каким образом имплантат будет внедряться в человеческий мозг:

«Мы в буквальном смысле вырежем кусок черепа, а затем установим туда устройство Neuralink. После этого нити электродов очень аккуратно подсоединяются к мозгу, а затем всё зашивается. Устройство будет взаимодействовать с любым участком мозга и сможет восстановить потерянное зрение или утраченную функциональность конечностей», — объяснил Маск.

Он пояснил, что размер отверстия в черепе будет не больше почтовой марки.

«После того как всё зашьётся и залечится, никто даже не догадается, что у вас установлена эта штука», — пояснил Маск.

Технология Neuralink была официально представлена в 2019 году. Из презентации стало известно, что компания ведёт разработку специального чипа N1.

Предполагается, что четыре таких чипа будут устанавливаться в мозг человека. Три будут располагаться в области мозга, отвечающей за моторику, а один — в соматосенсорной области (отвечает за ощущение нашим телом внешних раздражителей).

Каждый чип имеет очень тонкие, не толще человеческого волоса электроды, которые будут вживляться в мозг с лазерной точностью с помощью специального аппарата. Посредством этих электродов будет проводиться стимуляция нейронов.

Имплантация электродов

Вживление электродов

Чипы также будут подсоединяться к катушке индуктивности, которая в свою очередь будет подключена к внешней батарее, установленной за ухом. К финальной версии устройства Neuralink можно будет подключаться беспроводным образом через Bluetooth. Благодаря этому парализованные люди смогут управлять своими смартфонами, компьютерами, а также продвинутыми протезами конечностей.

Маск ещё в прошлом году заявил, что прототип чипа был успешно установлен и проверен на обезьяне и мыши. В эксперименте с приматом участвовали ведущие специалисты Калифорнийского университета. По словам Маска, результат оказался крайне положительным.

Ранее Маск также объяснял, что мозг состоит из двух систем. Первый слой — лимбическая система, которая управляет передачей нейронных импульсов. Второй слой — это система коры мозга, которая управляет лимбической системой и выступает в роли слоя интеллекта. Neuralink может стать третьим слоем, и оказавшись поверх двух остальных, работать с ними сообща.

«Может существовать третичный слой, где будет находиться цифровой сверхинтеллект. Он будет гораздо умнее кортекса, но в то же время сможет мирно сосуществовать с ним, а также лимбической системой», — отметил Маск.

В подкасте он рассказал, что Neuralink однажды сможет дать людям возможность общаться между собой без слов. Можно сказать, на телепатическом уровне.

«Если скорость разработки будет постоянно увеличиваться, то, возможно, это случится через 5–10 лет. Это в лучшем случае. Скорее всего, лет через десять», — добавил Маск.

По его словам, Neuralink сможет восстанавливать утраченное зрение. Даже при повреждении зрительного нерва. Кроме того, технология сможет возвращать слух.

«Если вы страдаете эпилепсией, Neuralink сможет определять очаг и предотвращать приступ до его начала. Технология позволит справляться со множеством болезней. Например, если у человека случится инсульт и он утратит мышечный контроль, последствия тоже можно будет исправить. При болезни Альцгеймера Neuralink сможет помочь восстановить потерянную память. В принципе, технология сможет решить любую проблему, связанную с мозгом».

Основатель Neuralink также добавил, что впереди ещё много работы. На людях технологию не испытывали, но произойдёт это уже скоро.

«Я думаю, мы сможем имплантировать Neuralink в человеческий мозг в ближайший год», — сказал Маск.

«Резиновые» электроды помогут лучше считывать сигналы с мозга

Буквально вчера мы сообщали о новом исследовании по преобразованию электрических импульсов в коре головного мозга в понятную речь. В этом исследовании использовались по 250 вживленных в мозг каждого пациента электродов. Учёные из США и Китая предлагают поменять металлические электроды на более безопасные для тканей мозга мягкие электроды из резиноподобных полимеров. И не просто предлагают, а представляют технологию их производства.

Мягкие электроды для мозга (MIT)

Мягкие электроды для мозга (MIT)

Электрические сигналы в мозге проявляют себя перемещением ионов. Выработанные нейроном ионы попадают на металлические контакты электродов и обнаруживают нервную деятельность в прослушиваемом участке. Беда в том, что мягкие ткани мозга могут воспаляться в месте контакта с металлом зонда и вызывать появление рубцовой ткани. Мягкие полимерные электроды избавили бы пациентов от такой напасти. Но они должны быть не только безопасными, но также иметь возможность улавливать ионы и быть токопроводящими.

Международная американо-китайская группа учёных во главе с профессором Массачусетского технологического института Сюаньхэ Чжао (Xuanhe Zhao) разработала безопасную для пациентов альтернативу. За основу будущих мягких электродов был взят электропроводящий полимер PEDOT:PS. В обычном состоянии это жидкое вещество с высокой текучестью и предназначено для нанесения покрытий. Учёные предложили использовать PEDOT:PS в качестве строительного материала для отдельных электродов.

Сначала с помощью сублимационной сушки (сушка замораживанием) из PEDOT:PS удалялся жидкий компонент. В результате получалась матрица из токопроводящих нановолокон. Затем эти волокна растворялись в воде в смеси с органическим растворителем. На выходе получался вязкий гидрогель, который можно было использовать в качестве «чернил» в 3D-принтере.

Результат печати токопроводящими чернилами электродов вы можете увидеть на фотографии выше. Полученные таким способом мягкие электроды были проверены на мозге живой мыши. Электрод смог зафиксировать активность одиночного нейрона. Такая высокая точность была достигнута за счёт того, что пористая структура мягкого электрода даёт возможность улавливать отдельные ионы всем объёмом, а не только контактной поверхностью.

Иллюстрация Nature Communications

Иллюстрация Nature Communications

Безусловно, использование даже мягких электродов требует хирургического доступа к живым тканям мозга. Но это всё равно лучше, чем втыкать в живой мозг иглы зондов. Данные об исследовании, добавим, были опубликованы в издании Nature Communications.

Чтение мыслей в режиме реального времени: ИИ и вживлённые в мозг электроды показывают чудеса

Учёные давно смогли зарегистрировать связь между нервной деятельностью головного мозга и речью. Правда, распознавания сигналов и трансляция их в слова и выражения слишком сложны и страдают неточностью, если сравнивать их с обычной речью. Между тем перевод на лету нервных импульсов мозга в речь мог бы помочь людям с травмами конечностей и речевого аппарата, а это общение и возможность пользоваться электроникой и информацией.

Несколько поколений имплантов компании Neuralink

Несколько поколений нейронных зондов компании Neuralink

На днях на сайте журнала Nature Neuroscience появилась статья группы учёных из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, в которой рассказывается, как с помощью рекурентной нейросети и вживлённых в мозг электродов можно научиться быстро переводить нервные сигналы в головном мозге человека в понятные слова и выражения.

Отметим, вживить 250 электродов в мозг ― дело нешуточное, но в данном случае никто ничего специально не вживлял. В эксперименте приняли участие четыре пациента с эпилепсией, и электроды им были вживлены для отслеживания приступов. Так получилось, что часть электродов оказались в зонах мозга, в которых происходит подбор слов, составление выражений и осуществляется обратная связь с участками мозга воспринимающими собственную речь человека.

Испытуемым было предложено мысленно, а затем вслух произнести от 30 до 50 предложений с ограниченным набором слов. Одновременно снимались сигналы с имплантированных в мозг датчиков. Полученные данные были переданы в нейронную сеть для обучения, а полученный промежуточный результат был отдан для анализа другой нейронной сети. Оказалось, что новый алгоритм распознавания сигналов мозга сводит вероятность ошибочного определения слов до 3 %.

Более того, когда один из испытуемых мысленно проговаривал выражения вне предложенного набора слов, то вероятность ошибочного определения слов уменьшалась на 30 %. Это означает, что систему можно тренировать для переноса на других пациентов, что снижает время тренировки для каждого по отдельности.

Секрет в успехе своего опыта учёные видят в том, что они подошли к проблеме трансляции мыслей в слова с точки зрения переводчика. Система анализирует контекст и тем самым снижает вероятность ошибки. Работа на уровне распознавания предложений, а не отдельных слов, даёт возможность устранить негативное влияние акцента, неправильно или невнятно произнесённых слов и других неопределённостей в речи, что до сих пор затрудняло трансляцию нервных сигналов в речь.

Магнитная стимуляция мозга улучшает рабочую память человека, но только в «пустой» голове

Каждый, кто пользуется своей головой по её основному назначению (и это не приём пищи), хоть раз в жизни наверняка мечтал заиметь волшебную таблетку для улучшения памяти или способности лучше соображать. Увы, пока учёным так и не удалось обмануть химию мозга, хотя понимание процессов становится всё лучше и лучше. Российские учёные тоже внесли свежий вклад в исследование механизмов влияния на эффективность работы мозга.

Группа исследователей из Научного центра неврологии и Сколтеха провела серию экспериментов с добровольцами, которая показала влияние неинвазивной (без внедрения электродов в живую ткань) магнитной стимуляции на показатели рабочей памяти у людей. Результаты исследования были опубликованы в февральском выпуске журнала Brain Sciences.

Рабочая память человека способна на кратковременное удержание и обработку информации ― до 30 секунд. Запомнить информацию на более длительный промежуток времени помогает зубрёжка ― многократное устное и бездумное повторение информации в течение этого времени, что также позволяет перевести информацию в долговременную память. В серии экспериментов учёные проверили, когда и в каких режимах работы головного мозга магнитная стимуляция работает лучше, а когда хуже.

Выяснилось, что транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) ― это воздействие на участки мозга переменным магнитным полем ― ведёт к возникновению электрического поля в коре головного мозга. Тем самым ТМС влияет на механизмы нейропластичности и, следовательно, на поведение нервной системы человека. Метод ТМС используется для лечения ряда заболеваниях нервной системы и, как видим, может влиять на эффективность работы мозга здорового человека. Это ли не шаг к мечте?

Эксперименты показали, что магнитная стимуляция действительно повышает эффективность работы рабочей памяти человека, но только тогда, когда мозг не загружен решением когнитивной задачи. Если человек в это время думает о чём-то постороннем, то ТМС не только не улучшает рабочую память, но даже может снизить эффективность её работы. Проверенная временем зубрёжка оказалась самым надёжным способом запоминания. Но это справедливо лишь отчасти. Сам эффект стимуляции работает и наверняка можно будет подобрать режимы для его эффективного применения на практике.

Российские разработки помогут во внедрении интерфейса мозг — компьютер

Московский физико-технический институт (МФТИ) сообщает о том, что в нашей стране разработаны инструменты для исследования ментальных состояний на базе электроэнцефалографии (ЭЭГ).

Речь идёт о специализированных программных модулях под названием «Когниграф-ИМК» и «Когниграф.ИМК-ПРО». Они позволяют наглядно и эффективно создавать, редактировать и запускать алгоритмы распознавания ментальных состояний для интерфейса мозг — компьютер.

Созданные программные модули входят в состав платформы «Когниграф». Это инструмент для исследований в области нейрофизиологии человека с использованием многоканальной ЭЭГ. Он включают в себя интерфейсные методы локализации, распознавания и визуализации источников мозговой активности.

Система позволяет формировать трёхмерную карту активных областей мозга. Причём информация обновляется в режиме реального времени — до 20 раз в секунду. Показания снимаются посредством специального шлема с электродными датчиками.

«Передовые методы обработки сигналов и мощные классификаторы машинного обучения теперь доступны в едином пакете программ, при этом пользователю системы стало не обязательно уметь программировать», — отмечает МФТИ. 

Facebook создаёт систему набора с помощью мысли

Илон Маск (Elon Musk) — не единственный, кто со своей компанией Neuralink хочет, чтобы люди начали общаться посредством мозговых волн. Facebook тоже вынашивает амбициозные планы по взаимодействию с компьютерами с использованием носимых устройств, и однажды, возможно, это позволит людям осуществлять быстрый набор текстов просто усилием мысли. В настоящее время нейробиологи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) при поддержке Facebook Reality Labs продемонстрировали систему, которая может переводить речь в текст в режиме реального времени, используя только мозговую активность. Хотя это впечатляет, демонстрация также доказывает, что технологии ещё предстоит пройти долгий путь.

Эмили Маглер — инженер Facebook Reality Labs

Эмили Маглер — инженер Facebook Reality Labs

Системы интерфейса между мозгом человека и компьютером уже существуют, но они требуют, чтобы пользователи мысленно выбирали одну букву за раз на виртуальной клавиатуре — процесс, который пока происходит очень медленно. Но исследователи UCSF попытались использовать контекст, чтобы помочь машинам переводить целые слова и фразы. Учёные имплантировали электрические матрицы на поверхность мозга добровольцев, проходивших лечение от эпилепсии. Они были помещены в области мозга, связанные как с речью, так и с пониманием.

Испытуемые вслух отвечали на вопросы с несколькими вариантами ответов, например: «От нуля до 10, как вы себя чувствуете?» или «Какой из музыкальных инструментов вам не нравится слушать?» Используя только электрическую активность мозга, система затем угадывает, когда был задан вопрос, каков он был, и, исходя из этого, определяет ответы субъекта. Если правильно определяется заданный человеку вопрос, то затем система может сузить варианты возможных ответов. В результате точность оказалось в диапазоне 61–76 % против 7–20 % в случае простого угадывания. Не особенно впечатляет, но нужно понимать, что это лишь начало пути. «Наша работа показывает ценность расшифровки обеих сторон разговора: и вопросов, которые кто-то слышит, и того, что человек говорит в ответ», — сказал в своём заявлении профессор Эдвард Чанг (Edward Chang).

Эксперимент дал положительные результаты, но показал и текущие ограничения технологии. Электрические матрицы, хотя и менее навязчивы, чем зонды, используемые для других экспериментов с интерфейсом мозга, но всё же потребовали имплантации путём операционного вмешательства. И вместо того, чтобы просто произносить ответы про себя, они делали это вслух (в таком случае обычное распознавание речи было бы куда эффективнее). В довершение всего диапазон из девяти вопросов и 24 ответов крайне ограничен. Всё это бесконечно далеко от заявленной цели Facebook — перевод 100 слов в минуту случайной речи с использованием пассивных носимых устройств.

Ранний образец носимого устройства для связи между мозгом человека и компьютером без инвазивных методов

Ранний образец носимого устройства для связи между мозгом человека и компьютером без инвазивных методов

Компания, впрочем, считает, что даже ограниченная функциональность может быть крайне полезной. «Возможность декодировать даже несколько воображаемых слов, таких как „выбрать“ или „удалить“, предоставила бы совершенно новые способы взаимодействия с системами виртуальной реальности и очками дополненной реальности», — говорится в сообщении компании.

Марк Шевийе — директор команды по разработке интерфейса между мозгом и компьютером в Facebook Reality Labs

Марк Шевийе — директор команды по разработке интерфейса между мозгом и компьютером в Facebook Reality Labs

Однако движение в этом направлении не может не беспокоить людей: немногие хотели бы предоставлять Facebook (или какой-либо другой компании) прямой доступ к своему мозгу. Контекстная реклама на основе прочитанных случайных мыслей? — Почему бы и нет? Тем не менее, директор организации Reality Labs Марк Шевийе (Mark Chevillet) попытался коснуться и этой этической проблемы в своей публикации на тему: «Мы не можем предвидеть или решать все этические проблемы, связанные с этой технологией, самостоятельно. Нейроэтическое проектирование — один из ключевых столпов нашей программы. Мы хотим быть полностью открытыми в своей работе, чтобы люди могли рассказать нам о своих опасениях по поводу этой технологии».

Neuralink Илона Маска начнёт имплантировать нити-чипы в мозг человека в следующем году

Компания миллиардера Илона Маска Neuralink, занимающаяся в обстановке повышенной секретности созданием интерфейса «мозг–машина», впервые продемонстрировала для публики некоторые технологии, которые она разрабатывает. Цель Neuralink состоит в том, чтобы в конечном итоге начать имплантацию чипов парализованным людям, что позволит им управлять телефонами или компьютерами «силой мысли».

Вместо применяемых в настоящее время для интерфейса «мозг–машина» устройств компания предлагает использовать гибкие «нити», что позволяет снизить риск повреждения мозга. Согласно публикации New York Times, толщина гибких нитей составляет около четверти диаметра человеческого волоса.

techcrunch.com

techcrunch.com

Neuralink утверждает, что её робот, «подобный швейной машине», сможет имплантировать нити с помощью игл в человеческий мозг без повреждения кровеносных сосудов на его поверхности. Поступающая от нитей информация будет собираться приёмником, установленным на поверхности черепа, и передаваться затем по беспроводной сети на компьютер.

Звучит как фантастика, но Neuralink уже в первой половине следующего года планирует приступить к опытам по имплантации чипов в мозг с привлечением людей. Впрочем, учёные признают, что до коммерциализации технологии предстоит пройти «долгий путь».

DARPA финансирует шесть проектов по созданию интерфейса человек-компьютер

Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (англ. Defense Advanced Research Projects Agency — DARPA) профинансирует шесть организаций в рамках программы Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology (сокращённо «N3» и в переводе «Следующее поколение нехирургической нейротехнологии»), впервые объявленной в марте 2018 года. В программе будут участвовать Мемориальный институт Баттелла, Университет Карнеги — Меллона, Лаборатория прикладной физики Университета Джона Хопкинса, Исследовательский центр Пало-Альто (PARC), Университет Райса и компания Teledyne Scientific, которые имеют собственные команды учёных и исследователей в области разработки двунаправленных нейрокомпьютерных интерфейсов. DARPA рассчитывает, что эти технологии в будущем позволят квалифицированным военным напрямую управлять активными системами киберзащиты и роями беспилотных летательных аппаратов, а также использовать их для совместной работы с компьютерными системами при выполнении сложных многозадачных миссий.

В рамках одной программы DARPA профинснирует шесть независимых проектов по созданию нехиругических доступных интерфейсов для связи человеческого мозга и компьютера

В рамках единой программы DARPA профинансирует шесть независимых проектов по созданию доступных нехирургических интерфейсов для связи человеческого мозга и компьютера

«DARPA готовится к будущему, в котором сочетание беспилотных систем, искусственного интеллекта и киберопераций может приводить к ситуациям, требующим слишком быстрой скорости принятия решений, чтобы эффективно справляться с ними без помощи современных технологий» — сказал доктор Аль Эммонди (Dr. Al Emondi), менеджер программы N3. «Создав доступный интерфейс мозг-машина, который не потребует хирургического вмешательства, чтобы его использовать, DARPA сможет предоставить армии инструмент, позволяющий командирам миссий осмысленно участвовать в динамических операциях, которые проходят на сверхбыстрых скоростях».

За последние 18 лет DARPA регулярно демонстрировала всё более изощрённые нейротехнологии, которые при этом полагались на имплантированные хирургическим путём электроды для взаимодействия с центральной или периферической нервной системой. Например, Агентство продемонстрировало такие технологии, как мысленный контроль протезированных конечностей и восстановление чувства осязания для их пользователей, технологию для облегчения трудноизлечимых психоневрологических заболеваний, таких как депрессия, а также метод для улучшения и восстановления памяти. Из-за неотъемлемых рисков при хирургическом вмешательстве в головной мозг, эти технологии до сих пор использовались ограниченно для добровольцев с клинической потребностью в них.

DARPA уверена, что будущее практического применения нейроинтерфейсов зависит от разработки приборов, не требующих хирургического вмешательства

В DARPA уверены, что будущее практического применения нейроинтерфейсов зависит от разработки технологий, не требующих хирургического вмешательства для установки соединения между компьютером и мозгом человека

Для того чтобы армия могла извлечь выгоду из нейротехнологий, необходимы нехирургические варианты их применения, так как, очевидно, что на данный момент массовые хирургические вмешательства среди военного командования выглядят не очень хорошей идеей. Военные технологии также смогут принести большую пользу и простым людям. Устраняя необходимость в хирургической операции, проекты N3 расширяют круг потенциальных пациентов, которые могли бы получить доступ к таким методам лечения, как глубокая стимуляция мозга для лечения неврологических заболеваний.

Участники программы N3 используют различные подходы в своих исследованиях для получения информации из мозга и передачи её обратно. В некоторых проектах используются оптика, в других акустика и электромагнетизм. Часть команд разрабатывают полностью неинвазивные интерфейсы, которые находятся целиком вне тела человека, другие команды исследуют незначительно инвазивные технологии с применением нанотрансдукторов, которые могут временно не хирургическим путём доставлены в мозг для улучшения разрешения и точности сигнала.

  • Команда из института Баттелла под руководством доктора Гаурава Шармы (Dr. Gaurav Sharma) стремится разработать минимально инвазивную систему, которая включает в себя внешний приёмопередатчик и электромагнитные нанотрансдукторы, которые нехиругически доставляются к интересующим нейронам. Нанотрансдукторы будут преобразовывать электрические сигналы от нейронов в магнитные сигналы, которые могут быть записаны и обработаны внешним трансивером, и наоборот, чтобы обеспечить двунаправленную связь.
  • Исследователи из Университета Карнеги — Меллона, возглавляемые доктором Пулкитом Гровером (Dr. Pulkit Grover), стремятся разработать полностью неинвазивное устройство, которое использует акустооптический подход для получения сигналов из мозга и электрические поля для их отправки обратно в конкретные нейроны. Команда будет использовать ультразвуковые волны, чтобы направлять свет внутрь мозга для обнаружения нейронной активности. Для передачи информации в мозг учёные планируют использовать нелинейный ответ нейронов на электрические поля, чтобы обеспечить локальную стимуляцию целевых клеток.
  • Коллектив Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса под руководством доктора Дэвида Блоджетта (Dr. David Blodgett) разрабатывает неинвазивную, когерентную оптическую систему для считывания информации из мозга. Система будет измерять изменения длины оптического сигнала в нервной ткани, которая прямо коррелируют с нейронной активностью.
  • Команда PARC, руководимая доктором Кришнаном Тьягараджаном (Dr. Krishnan Thyagarajan), стремится разработать неинвазивное акустико-магнитное устройство для передачи информации в мозг. Их подход объединяет ультразвуковые волны с магнитными полями, чтобы генерировать локализованные электрические токи для нейромодуляции. Гибридный подход даёт возможность для модуляции в более глубоких областях мозга.
  • Команда из Университета Райса под руководством доктора Джейкоба Робинсона (Dr. Jacob Robinson) стремится разработать минимально инвазивный двунаправленный нейроинтерфейс. Для получения информации из мозга будет использоваться диффузная оптическая томография для определения нейронной активности, путем измерения рассеивания света в нервной ткани, а для передачи сигналов в мозг команда планирует применять магнитно-генетический подход, чтобы сделать нейроны чувствительными к магнитным полям.
  • Команда Teledyne во главе с доктором Патриком Коннолли (Dr. Patrick Connolly) стремится разработать полностью неинвазивное интегрированное устройство, которое использует магнитометры с оптической накачкой, для обнаружения небольших локализованных магнитных полей, которые коррелируют с нейронной активностью, а для передачи информации будет использовать сфокусированный ультразвук.

На протяжении всей программы исследователи будут опираться на информацию, предоставленную независимыми экспертами по правовым и этическим вопросам, которые согласились поучаствовать в N3 и изучить потенциальные возможности для применения новых технологий военными и гражданским населением. Кроме того, федеральные регулирующие органы также сотрудничают с DARPA, чтобы помочь учёным лучше понять, когда и при каких условиях их приборы можно будет испытывать на людях.

«Если программа N3 будет успешной, мы получим носимые системы нейронных интерфейсов, которые смогут устанавливать соединение с мозгом с расстояния всего в несколько миллиметров, перенося нейротехнологии за пределы клиники и делая их доступнее для практического использование в целях национальной безопасности», — рассказывает Эмонди. «Подобно тому, как военнослужащие надевают защитное и тактическое снаряжение, в будущем они смогут надеть гарнитуру с нейронным интерфейсом и использовать технологию для необходимых им целей, а затем просто отложить прибор в сторону по завершении миссии».

Учёным удалось при помощи импланта в головном мозге воспроизвести мысленную речь

Люди, потерявшие способность говорить своим собственным голосом, как правило, используют различные синтезаторы речи. Современные технологии предлагают множество решений данной проблемы: от простого клавиатурного ввода до ввода текста при помощи взгляда и специального табло. Тем не менее, все существующие решения достаточно медлительны, и, чем тяжелее состояние человека, тем больше времени занимает для него набор текста. Возможно, что вскоре эта проблема будет решена при помощи нейронного интерфейса, который реализуется в виде специального импланта из электродов, установленных прямо на головном мозге, что даёт максимальную точность считывания его активности, которую затем система может интерпретировать в понятную нам речь.

Ученые преобразовали сигналы мозга, захваченные этой сеткой электродов, предназначенных для записи активности мозга, в синтезированные предложения. Техника может однажды помочь людям, которые не могут говорить, общаться.

Учёные смогли преобразовать сигналы мозга, полученные этой сеткой электродов, установленной прямо на головной мозг и предназначенной для записи активности мозга, в человеческую речь

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско в своей статье для журнала Nature от 25 апреля рассказали, как им удалось при помощи импланта озвучить мысленную речь человека. Как сообщается, звук получился в некоторых местах неточным, но предложения удалось полностью воспроизвести, а главное, понять сторонним слушателям. Для этого потребовались годы анализа и сопоставления записанных сигналов мозга, и на данный момент технология не готова для использования вне лаборатории. Тем не менее, эксперимент показал, что «используя только мозг, можно расшифровать и воспроизвести речь», — говорит Гопала Ануманчипалли (Gopala Anumanchipalli), специалист по изучению мозга и речи.

«Технология, описанная в новом исследовании, обещает в конечном итоге восстановить способность людей свободно говорить», — объясняет Фрэнк Гюнтер (Frank Guenther), нейробиолог из Бостонского университета. «Трудно переоценить важность этого для всех этих людей ... Это невероятная изоляция и настоящий кошмар не иметь возможности рассказать о своих потребностях и просто взаимодействовать с обществом».

Как уже говорилось, существующие речевые инструменты, основанные на вводе слов при помощи тех или иных методов, утомительны и часто выдают не более 10 слов в минуту. В более ранних исследованиях учёными уже использовались сигналы мозга для декодирования небольших фрагментов речи, таких как гласные или отдельные слова, но с более ограниченным словарным запасом, чем в новой работе.

Ануманчипалли вместе с нейрохирургом Эдвардом Чангом (Edward Chang) и биоинженером Джошем Шартье (Josh Chartier) изучили пять человек, у которых в мозг, как один из методов лечения эпилепсии, были временно имплантированы сетки электродов. Поскольку эти люди могли говорить самостоятельно, исследователи смогли записывать активность мозга, когда участники эксперимента произносили предложения. Затем команда сопоставила сигналы мозга, которые контролируют губы, язык, челюсть и гортань, с реальными движениями голосового тракта. Это позволило ученым создать уникальный виртуальный голосовой аппарат для каждого человека.

Вы можете услышать, как вначале испытуемая говорит самостоятельно, а затем фразу повторяет компьютер на основе считанных мозговых сигналов

Затем исследователи транслировали движения виртуального голосового аппарата в звуки. Использование этого метода «улучшило речь и сделало её более естественной», — говорит Шартье. Около 70 процентов реконструированных слов были понятны слушателям, которых попросили интерпретировать синтезированную речь. Например, когда испытуемый попытался произнести: «Заведите трёхцветную кошку, чтобы прогнать грызунов (Get a calico cat to keep the rodents away)», слушатель услышал: «Трёхцветная кошка прогонит кроликов (The calico cat to keep the rabbits away)». В целом, некоторые звуки звучали хорошо, например, «ш (sh)». Другие, такие как «бух (buh)» и «пух (puh)», звучали мягче.

Данная технология зависит от знания, как человек использует голосовой тракт. Но у многих людей данной информации и мозговой активности просто не будет, так как они в принципе не могут говорить из-за инсульта мозга, повреждения голосовых путей или болезни Лу Герига (которой страдал Стивен Хоккинг).

«Безусловно, самое большое препятствие заключается в том, как вы собираетесь создать декодер, когда у вас нет примера речи, для которой он будет построен», — говорит Марк Слуцки, невролог и нейро-инженер в Школе медицины им. Файнберга Северо-Западного университета в Чикаго.

Тем не менее, в некоторых тестах исследователи обнаружили, что алгоритмы, используемые для трансляции движений виртуального голосового тракта в звуки, были достаточно похожи от человека к человеку, чтобы их можно было повторно использовать для разных людей, возможно, даже для тех, кто совсем не может говорить.

Но на данный момент составление универсальной карты активности сигналов головного мозга в соответствие с работой голосового аппарата выглядит достаточно сложной задачей, чтобы использовать её для людей, у которых речевой аппарат давно не активен.

Электрическая стимуляция мозга помогла памяти пожилых людей догнать молодых

От лечения депрессии до сокращения последствий болезни Паркинсона и пробуждения пациентов, находящихся в вегетативном состоянии, стимуляция мозга электрическим током обладает огромным потенциалом. Одно из новых исследований направило свои усилия на то, чтобы остановить снижение познавательной способности, улучшая память и способности к обучению. Проведённый учеными из Бостонского университета эксперимент продемонстрировал неинвазивную технику, которая способна восстановить рабочую память у 70-летних пожилых людей, настолько, что она не уступала таковой у людей в возрасте 20 лет.

Во многих исследованиях по стимуляции мозга используются электроды, имплантированные в определённые участки мозга, для доставки электрических импульсов. Данная процедура называется «глубокая» или «прямая» стимуляция мозга и имеет свои преимущества благодаря точному позиционированию воздействия. Тем не менее внедрение электродов в мозг достаточно непрактично, да и просто связано с определёнными рисками по воспалению или заражению при несоблюдении всех операционных норм.

Альтернативой является непрямая стимуляция при помощи неинвазивного (неоперационного) метода через электроды, расположенные на коже головы, что позволяет производить подобные манипуляции даже в домашних условиях. Именно таким методом решил воспользоваться Роб Рейнхарт, нейробиолог из Бостонского университета, в стремлении улучшить память пожилых людей, которая, как правило, ослабевает с возрастом.

Нейробиолог Роб Рейнхарт обнаружил способ исправления нарушенных путей в мозге и восстановления функции памяти. (Фото: Cydney Scott)

Нейробиолог Роб Рейнхарт обнаружил способ исправления нарушенных нейронных связей в мозге и восстановления функции памяти (фото: Cydney Scott)

Если говорить точнее, то его эксперименты были полностью сосредоточены на рабочей памяти, которая включается, например, когда мы вспоминаем, что нужно взять в продуктовом магазине, или пытаемся найти ключи от машины. По словам Рейнхарта, рабочая память может начать ухудшаться уже к 30 годам, так как различные отделы мозга начинают терять свою связность и становятся менее согласованными. Когда мы достигаем 60 или 70 лет, эта несогласованность может привести к заметному снижению когнитивных функций.

Учёный обнаружил способ восстановить нарушенные нейронные связи. Метод основывается на двух элементах работы мозга. Первый — «сопряжение», когда различные части мозга активируются в заданной последовательности, как отлаженный оркестр. Второй — «синхронизация», когда более медленные ритмы, известные как тета-ритмы и связанные с гиппокампом, синхронизируются должным образом. Обе эти функции ухудшаются с возрастом и влияют на работу памяти.

1 изображение - активность мозга 20-ти летнего испытуемого во время использования рабочей памяти, второе - отсутствие таковой у пожилого человека, третье - мозг пожилого человека после стимуляции. (Reinhart lab/Boston University)

Первое изображение — активность мозга 20-летнего испытуемого во время использования рабочей памяти, второе — отсутствие таковой у пожилого человека, третье — мозг пожилого человека после стимуляции (Reinhart lab/Boston University)

Для своего эксперимента Рейнхарт задействовал группу молодых людей в возрасте около 20 лет, а также группу пожилых людей в возрасте от 60 до 70 лет. Каждая группа должна была выполнить ряд определённых заданий, которые подразумевали просмотр изображения, паузу, просмотр второго изображения, а затем по памяти обнаружение различий в них.

Неудивительно, что младшая экспериментальная группа выступила намного лучше, чем старшая. Но затем Рейнхарт применил 25 минут мягкой стимуляции коры головного мозга пожилых людей с импульсами, настроенными на нервные контуры каждого пациента в соответствие с областью коры ответственной за рабочую память. После этого группы продолжили выполнять задания, а разрыв в точности выполнения задания между ними исчез. Эффект продолжался не менее 50 минут после стимуляции. Более того, Рейнхарт обнаружил, что он способен улучшить функцию памяти даже у молодых людей, которые плохо справились с заданиями.

«Мы обнаружили, что испытуемые в возрасте 20 лет, которые столкнулись с трудностями при выполнении заданий, смогли также получить выгоду из точно такой же стимуляции», — говорит Рейнхарт. «Мы смогли улучшить их рабочую память, даже если им не было за 60 или 70 лет».

Рейнхарт надеется продолжить изучение того, как стимуляция мозга может улучшить работу мозга человека, особенно для страдающих от болезни Альцгеймера.

«Это открывает новые возможности для исследований и лечения», — говорит он. «И мы очень рады этому».

Исследование было опубликовано в журнале Nature Neuroscience.

Imec приступила к коммерческим поставкам нейрозондов нового поколения

При всей своей бытовой доступности человеческий мозг остаётся тайной за семью печатями. Учёные только начинают приближаться к основам того, что можно назвать пониманием мышления, сознания или эмоций. Происходящие в мозге химико-электрические процессы изучены на уровне отдельных нейронов и их связей. Комплексное исследование, которое призвано охватить большие участки мозга, затруднено отсутствием необходимых для этого инструментов. Вернее, было затруднено. Год назад завершена разработка полупроводникового зонда Neuropixels с сотнями каналов для снятия данных активности головного мозга с беспрецедентным разрешением — с почти тысячей датчиками на небольшой кремниевой игле.

Кремниевый нейрозонд нового поколения разработал бельгийский исследовательский центр Imec в содружестве с Исследовательским кампусом Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI), независимым международным благотворительным фондом Wellcome Trust с центром в Лондоне, благотворительным фондом Gatsby и Алленским институтом мозга (Allen Institute for Brain Science). Проект стартовал в июле 2013 года и был завершён около года назад. За прошедшее время было разослано около полутысячи прототипов зонда, а сейчас он становится доступен на коммерческой основе.

Кремниевый зонд Neuropixels выпускается на КМОП производстве Imec. Длина кремниевого щупа составляет 1 см. Сечение зонда — 70 × 20 мкм. На каждый миллиметр длины приходится чуть  больше 100 датчиков активности головного мозга. Всего на щупе чуть больше 960 датчиков, которые передают данные одновременно по 384 каналам. Считанная зондом информация позволяет с недоступной ранее степенью детализации считывать данные об активности нейронов на относительно большой площади.

Следует уточнить, что зонд Neuropixels предназначен для изучения активности головного мозга мелких животных. Увы, других надёжных методов снятия состояния нейронов кроме как введения зондов напрямую в мозг пока не придумано. В то же время новая разработка откроет путь к интересным проектам и открытиям, которые ещё на шаг или два приблизят нас к пониманию работы мозга вообще и человеческого мозга в частности.

Nissan учит автомобили читать ваши мысли

В то время как большинство автопроизводителей активно участвует в создании систем автономного вождения, которые позволят обходиться без водителей, Nissan занимается разработкой технологии, которая сделает вождение более увлекательным и безопасным.

Технология «Brain-to-vehicle» (B2V, мозг–машина), основанная на измерении активности мозга человека, позволит распознать, что планирует водитель делать в ближайшее время, и ускорить реагирование автомобиля в соответствии с его мыслями.

Для этого водитель надевает на голову специальный шлем, способный измерять активность мозга. На основе полученных данных система искусственного интеллекта сможет в режиме реального времени предсказать, какой следующий манёвр собирается осуществить человек — затормозить или совершить поворот, или объехать возникшее препятствие — и инициировать это действие на 0,2–0,5 с быстрее, чем он смог бы сделать сам. Благодаря этому можно будет избежать столкновения с внезапно появившимся препятствием и предотвратить дорожный инцидент. Также ИИ сможет помочь подстроить систему автомобиля под привычки водителя.

Компания планирует представить новую технологию на следующей неделе на выставке Consumer Electronics Show в Лас-Вегасе (штат Невада). Следует отметить, что речь идёт пока о ранней стадии разработки технологии, поэтому говорить о её практической реализации ещё рано. По словам представителя Nissan, для практического применения новая технология будет доступна не ранее чем через 5–10 лет.

Исследование: 3D-платформеры могут защитить от болезни Альцгеймера

Канадские учёные провели исследование и пришли к выводу, что трёхмерные видеоигры в жанре платформера приводят к росту количества серого вещества в гиппокампе у людей старше 55 лет, которые подвержены болезни Альцгеймера. Ранее исследование проводилось на молодёжи, теперь — на людях в возрасте. 

Болезнь Альцгеймера — это самая распространённая форма деменции (слабоумия), которая сопровождается неспособностью вспомнить недавно заученную информацию, потерей долговременной памяти, нарушениями речи и когнитивных функций и потерей способности ориентирования в пространстве. Высокое содержание серого вещества в гиппокампе, который участвует в процессах запоминания, формирования эмоций и обработке пространственной информации, защищает от заболевания.

Super Mario 64

Super Mario 64

В исследовании приняли участие 33 человека в возрасте от 55 до 75 лет. Их разделили на три группы: первой давали играть пять дней в неделю по 30 минут в Super Mario 64 (почему не в более новую игру — не поясняется), вторую учили музицировать на фортепиано, а третья жила, как и раньше. Всё это длилось на протяжении шести месяцев. По прошествии указанного времени учёные исследовали объём серого вещества в дорсолатеральной префронтальной коре, мозжечке и гиппокампе посредством тестирования когнитивных навыков и обследования МРТ.

Как и ожидалось, наиболее высокий показатель продемонстрировали члены группы, игравшей в Super Mario 64 — в префронтальной коре, мозжечке и гиппокампе. Первые две зоны отвечают за внимание, когнитивную деятельность и координацию движений. У людей, которые проходили занятия игры на фортепиано, также отметился рост серого вещества, но только в префронтальной коре и мозжечке. А вот у членов третьей группы, которую не утруждали дополнительными занятиями, было зафиксировано уменьшение объема всех трёх зон.

Как комментируют авторы исследования, трёхмерные видеоигры способствуют созданию так называемой «когнитивной карты» виртуального окружения в гиппокампе, что стимулирует и тем самым усиливает функциональную активность этой зоны наряду с объёмом серого вещества в ней. Вывод прост — если хотите увеличить шансы на сохранение ясного ума в старости, обратите своё внимание на комплексные игры. Если же брать конкретно платформеры с Марио в главной роли, то как раз недавно вышла новая часть приключений усатого героя, Super Mario Odyssey.

Команда исследователей:  Грег Уэст (Greg West), Бенджамин Рич Зендел (Benjamin Rich Zendel), Кёко Кониси (Kyoko Konishi), Джессика Бенади-Чорни (Jessica Benday-Chorney), Вероника Боубо (Veroniqua D. Bohbot), Изабель Перец (Isabelle Peretz) и Сильвия Беллевилль (Sylvie Belleville).

В России создана нейрогарнитура с интерфейсом «мозг-компьютер»

Холдинг «Росэлектроника», входящий в госкорпорацию Ростех, сообщил о разработке передовой гарнитуры для расширения коммуникативных возможностей людей, страдающих поражением нервной системы.

Речь идёт об использовании интерфейса «мозг-компьютер». Решение способно регистрировать электрическую активность головного мозга и на основе снятых показателей формировать, скажем, слова или фразы.

Комплекс получил обозначение «АДК-01». В его состав входят прозрачный дисплей дополненной реальности и система электродов для размещения на голове пациента, не требующая применения электропроводящего геля.

На дисплей, который размещается непосредственно перед глазом пользователя, выводится графический интерфейс в виде клавиатуры с русским или латинским алфавитом. Аппаратура, регистрируя по каналу видеоокулографии движение глаз человека, определяет, на какой из букв сфокусировано внимание. При превышении зафиксированного временного порога эта буква выводится в область набора сообщения на экране дисплея. Набранные сообщения могут быть выведены на внешний монитор или отправлены по электронной почте и SMS. В перспективе комплекс планируется дополнить синтезатором речи.

Система предназначена, в частности, для пациентов, перенёсших инсульт, боковой амиотрофический склероз, тяжёлые черепно-мозговые или спинальные травмы. Ожидается, что в продажу новинка поступит по цене около 300 тысяч рублей. 

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥