Теги → нейроинтерфейс

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. 

Российская нейросистема повысит интеллектуальные возможности человека

Компания «Лаборатория знаний» представила нейротехнологический сервис NeuroAngel, предназначенный для повышения продуктивности и усиления интеллектуальной деятельности отдельных пользователей и команд.

«Лаборатория знаний» специализируется на создании продуктов в интересах Минобрнауки России, Российской академии образования, Агентства стратегических инициатив и Национальной технологической инициативы. Компания разрабатывает программное обеспечение на базе искусственного интеллекта и нейротехнологий.

Проект NeuroAngel реализуется с 2016 года. В разработку платформы вложено более 25 млн рублей. Система представляет собой программно-аппаратный комплекс, состоящий из нейроинтерфейса, который снимает сигналы мозга, и программного обеспечения, оценивающего психоэмоциональное состояние человека и дающего рекомендации по его коррекции.

NeuroAngel, как утверждается, позволяет повысить интеллектуальные возможности человека. К примеру, система помогает найти продуктивное состояние для каждого вида деятельности и быстро входить в него для выполнения конкретных задач.

С помощью Neuro Angel также можно анализировать метакомпетенции сотрудников, оценивать эффективность работы команды и каждого её участника. Наконец, система даёт возможность контролировать вовлечённость людей в процесс обучения или работы и фиксировать уровень концентрации. 

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».

Российская нейрогарнитура BrainReader выйдет на международный рынок

Концерн «Автоматика», входящий в государственную корпорацию Ростех, выведет на международный рынок универсальную нейросистему BrainReader, позволяющую взаимодействовать с различными устройствами силой мысли.

BrainReader — это особая гарнитура, предназначенная для ношения на голове. Она регистрирует поверхностную электроэнцефалограму в естественных условиях, не ограничивая двигательную активность пользователя. Для снятия показателей применяются специально разработанные «сухие» электроды, которые не требуют использования электропроводящего геля.

Утверждается, что за счёт высокого качества обработки регистрируемого сигнала новинка устойчиво работает даже в местах большого скопления людей, скажем, в транспорте, в окружении большого числа передающих устройств и других помех.

BrainReader теоретически может пригодиться в самых разных сферах. Система, к примеру, может применяться для взаимодействия пользователей с «умными» электронными приборами, робототехникой, экзоскелетами, различными компьютерными платформами и пр. Нейрогарнитура будет востребована в медицине — для реабилитации людей с ограниченными возможностями, в исследованиях мозга человека, мыслительной деятельности, сна и пр.

Разработкой BrainReader занимается Институт электронных управляющих машин (ИНЭУМ) им. И.С. Брука (входит в концерн «Автоматика»). Создатели гарнитуры уже приступили к получению разрешительной документации для выхода продукта на рынки стран Азии. 

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.

К 2035 году в России должен появиться телепорт

Сегодня в правительстве Российской Федерации состоится обсуждение реализации программы «Национальная технологическая инициатива» (НТИ), созданной Агентством стратегических инициатив (АСИ) по поручению президента Владимира Путина. И планы АСИ, мягко говоря, впечатляют.

Согласно проекту «дорожной карты», уже к 2035 году в России должны появиться инфраструктура квантовых коммуникаций для обеспечения абсолютно безопасной связи, отечественный язык для программирования, оператор нового типа для беспилотных систем и даже телепорт!

В период с 2018 по 2025 гг., по планам АСИ, в некоторых субъектах Российской Федерации можно ожидать появления инфраструктуры мобильной связи стандарта 5G и центров защиты от киберугроз, начала внедрения отечественной интеллектуальной системы управления городским хозяйством и ОС для киберфизических систем и автономных транспортных средств. К слову, под киберфизическими системами в документе понимаются, например, роботы, самоуправляемые автомобили, интеллектуальные здания, медицинские импланты и прочие «умные» системы. Тогда же будет создан отечественный компилируемый язык для программирования. И только на реализацию одной дорожной карты, SafeNet, понадобится 10 млрд рублей, из которых 7 млрд должны быть выделены из федерального бюджета.

Самое же интересное состоится в промежутке между 2025-м и 2035 годом. Именно в этот период, на взгляд авторов проекта, начнётся «внедрение нейроинтерфейса, квантовых вычислений, телепортации, использование природоподобных явлений для передачи информации».

Впрочем, собеседник «Коммерсанта», близкий к администрации президента, подчеркнул, что в таких «дорожных картах» можно написать всё, что вздумается, ведь реализацией проектов будут заниматься другие люди. А вот Александр Галицкий, основатель фонда Almaz Capital Partners, обращает внимание на то, что по всему миру уже ведутся работы в области квантовых вычислений, нейроинтерфейсов и той же телепортации, так что, на его взгляд, реализация таких технологий в сравнительно ближайшем будущем вполне возможна.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥