Fokozatosan sok új dolog lép be az életünkbe. A technológia fejlődése nem áll meg, holnap pedig lehetségessé válhat az, amiről tegnap álmodni sem mertünk. A neurocomputer interfész (NCI) valósítja meg az emberi agy és a technológia közötti kapcsolatot, részleges kölcsönhatásukat.
Mi az NCI?
NCI az emberi agy és egy elektronikus eszköz közötti információcserére szolgáló rendszer. A csere lehet kétirányú, amikor elektromos impulzusok érkeznek a készülékből az agyba és fordítva, vagy egyirányú, amikor csak egy tárgy kap információt. Egyszerűbben fogalmazva, az NCI az úgynevezett "gondolat erejének kezelése". Nagyon fontos felfedezés, amelyet már széles körben alkalmaznak az élet számos területén.
Hogyan működik az NCI?
Az agy neuronjai elektromos impulzusok segítségével továbbítják az információkat egymásnak. Ez egy nagyon összetett és bonyolult hálózat, amelyet a tudósok még nem tudnak teljesen elemezni. De az NCI segítségével lehetővé vált az agyi impulzusok információinak egy részének kiolvasása és elektronikus eszközökre történő átvitele. Ők viszont átalakulhatnakcselekvésre késztet.
Az NCI tanulmányozásának története
Figyelemre méltó, hogy IP Pavlov orosz tudós feltételes reflexekkel kapcsolatos munkái az NC interfész fejlesztésének alapjául szolgáltak. Szintén fontos szerepet játszott az NCI vizsgálatában saját, az agykéreg szabályozó szerepével kapcsolatos munkája. IP Pavlov kutatásai a huszadik század elején a szentpétervári Kísérleti Orvostudományi Intézetben zajlottak. Később Pavlov elképzeléseit az NC interfész irányában P. K. Anokhin szovjet fiziológus és N. P. Bekhtereva szovjet és orosz neurofiziológus dolgozta ki. A globális NCI-kutatás csak az 1970-es években kezdődött az Egyesült Államokban. Kísérleteket végeztek majmokon, patkányokon és más állatokon. A kísérleti majmokkal dolgozó tudósok kutatása során rájöttek, hogy az agy bizonyos területei felelősek végtagjaik mozgásáért. A felfedezés óta az NCI sorsa megpecsételődött.
Elektroencephalográfia (EEG)
Az elektroencefalográfia az agy elektronikus impulzusainak leolvasására szolgáló módszer, amely során elektródákat nem invazív módon csatlakoztatnak a személy fejéhez. A non-invazív módszer olyan módszer, amelyben elektródákat rögzítenek egy személy vagy állat fejéhez anélkül, hogy közvetlenül az agykéregbe helyeznék. Az EEG módszer viszonylag régen jelent meg, és nagyban hozzájárult az agy-számítógép interfész fejlődéséhez. Az EEG-módszert ma is használják, mert olcsó és hatékony.
Az NCI szakaszai
Az emberi agyból származó információ feldolgozásra kerülelektronikus eszköz négy lépésben:
- Jel vétele.
- Előkezelés.
- Adatok értelmezése és osztályozása.
- Adatkimenet.
Első szakasz
Az első szakaszban az elektródákat vagy közvetlenül az agykéregbe helyezik (invazív módszer), vagy a fej felszínéhez rögzítik (nem invazív módszer). Megkezdődik az agysejtekből származó információolvasás folyamata. Az elektródák adatokat gyűjtenek a különféle tevékenységekért felelős idegsejtek egyes rendszereitől.
Előkezelés
Az agy-számítógép interfész második szakaszában a vett jelek előfeldolgozásra kerülnek. Az eszköz kivonja a jel jellemzőit, hogy egyszerűsítse az adatok összetett összetételét, kiszűrje a felesleges információkat és a zajt, amely zavarja a tiszta agyi jeleket.
Harmadik szakasz
Az NDT interfész harmadik szakaszában az információ elektromos impulzusokból digitális kódba kerül. Egy cselekvést jelöl, egy jelet, amelyet az agy adott. A kapott kódokat ezután osztályozzák.
Adatkimenet
Az információkiadás a negyedik szakaszban történik. A digitalizált adatokat egy, az agyhoz csatlakoztatott eszközre adják ki, amely végrehajtja a mentálisan adott parancsot.
Idegprotézis
Az agyi interfész megvalósításának egyik fő területe az orvostudomány. Az idegprotézisek célja az emberi agy és szerveinek működése közötti kapcsolat helyreállítása, a betegség vagy sérülés által károsodott szervek pótlása, az egészséges szervezet funkcióinak későbbi helyreállítása. Az NCI különösen jó lehet a bénult vagy végtagvesztésben szenvedők számára. Az idegprotézisek alkalmazása során az agy-számítógép interfész működési elvét alkalmazzák. Nagyon leegyszerűsítve, az embert kar- vagy lábprotézissel látják el, ahonnan elektronikus implantátumok vezetnek az agy e végtag mozgásáért felelős területére. A neuroprotézisek számos teszten átestek, de tömeges használatának nehézsége abban rejlik, hogy az NCI nem tudja teljesen leolvasni az agyi jeleket, és a protézisek ellenőrzése a laboratóriumon kívüli mindennapi életben nehézkes. Néhány évvel ezelőtt Oroszország meg akarta kezdeni a neuroprotézisek gyártását, de ez eddig nem valósult meg.
Hallásprotézisek
Ha a végtagprotézisek még nem jelentek meg a tömegpiacon, akkor a cochlearis implantátumot (a hallás helyreállítását segítő protézist) már régóta használják. Ahhoz, hogy megkapja, a páciensnek kifejezett fokú szenzorineurális hallásveszteséggel kell rendelkeznie (vagyis olyan halláskárosodással, amelyben a hallókészülék hangok vételére és elemzésére való képessége károsodott). A cochleáris implantátummal történő halláshelyreállítást akkor alkalmazzák, ha a hagyományos hallókészülék nem hozza a várt eredményt. Az implantátumot műtéti beavatkozás eredményeként ültetik be a fülkészülékbe és a fej szomszédos részébe. Mint minden más agy-gép interfész, a cochleáris implantátumnak is teljesen illeszkednie kell a viselőjéhez. Ahhoz, hogy megtanulja használni, és elkezdje az implantátumot új fülként érzékelni, a páciensnek hosszú rehabilitációs tanfolyamon kell átesnie.
Az NCI jövője
A közelmúltban mindenhol lehet hallani és olvasni a mesterséges intelligenciáról. Ez azt jelenti, hogy sok ember álma valóra válik – agyunk hamarosan szimbiózisba lép a technológiával. Kétségtelenül ez egy új korszak lesz az emberiség fejlődésében. Új tudásszint és lehetőségek. Az agy-számítógép interfésznek köszönhetően számos új és fontos felfedezés jelenik meg a tudomány számos területén. Amellett, hogy orvosi célokra használják, az NCI már képes összekapcsolni a felhasználót a virtuális valóság eszközeivel. Például virtuális számítógépes egér, billentyűzet, karakterek a virtuális valóságos játékokban stb.
Vezetés kéz nélkül
A neurocomputer interfész fő feladata, hogy megtalálja a lehetőségeket a berendezések izmok nélkül történő vezérlésére. Az ezen a területen végzett felfedezések több lehetőséget adnak a bénult embereknek a mozgásban, a vezetésben és a különféle eszközökben. Az NCI már most zökkenőmentesen egyesíti az emberi agyat és a számítógépes mesterséges intelligenciát. Ez az emberi agy alapelveinek mélyreható tanulmányozásának köszönhetően vált lehetségessé. Ezek alapján állítják össze azokat a programokat, amelyeken az NCI és a mesterséges intelligencia működik.
NTI a robotikában
Mióta a tudósok rájöttek, hogy az agy bizonyos területei felelősek az izommozgásokért, azonnal az az elképzelésük támadt, hogy az emberi agy nemcsak a saját testét tudja irányítani, hanem egy humanoid gépet is. Jelenleg sokféle robotgépet hoznak létre. Beleértve a humanoidokat is. A robotisták humanoid munkáikra törekednekvalódi emberek viselkedését utánozni. De eddig a programozás és a mesterséges intelligencia egy kicsit rosszabbul birkózik meg ezzel a feladattal, mint az NCI. Az NC interfész segítségével távolról is vezérelheti a robotvégtagokat. Például olyan helyeken, ahol az emberi hozzáférés lehetetlen. Vagy olyan munkákban, amelyek ékszeres precizitást igényelnek.
NCI bénulásra
Kétségtelenül a legkeresettebb az agy-számítógép interfész az orvostudományban. Protetikus karok, lábak irányítása, tolószék irányítása az elmével, információk kezelése okostelefonokban, kéz nélküli számítógépekben stb. Ha ezek az újítások mindenütt elterjednek, a jelenleg korlátozott mozgásképességű emberek életszínvonala javulni fog. Az agy azonnal parancsokat továbbít az eszközöknek, megkerülve a testet, ami segít a fogyatékkal élőknek jobban alkalmazkodni a környezethez. A neuroprotézisek kipróbálásakor azonban a szakemberek olyan problémákkal szembesülnek, amelyekre a mai napig nem találnak megoldást.
Az agy-számítógép interfész előnyei és hátrányai
Annak ellenére, hogy az NC interfész használatának számos előnye van, a használatának vannak hátrányai is. Az orvostudományban az NCI fejlesztésében előnyt jelent, hogy az emberi agy (főleg annak kérge) nagyon jól alkalmazkodik a változásokhoz, aminek köszönhetően az NCI interfész lehetőségei szinte korlátlanok. A kérdés csak az új technológiák fejlesztése és felfedezése mögött van. De vannak itt problémák.
A testszövetek összeférhetetlensége az eszközökkel
Először is, ha belépszinvazív módon (a szöveteken belül) beültetett implantátumok esetén nagyon nehéz elérni azok teljes kompatibilitását a páciens szöveteivel. Azok az anyagok és szálak, amelyeket teljesen be kell ültetni a szerves szövetekbe, még csak most jönnek létre.
Tökéletlen technika az agyhoz képest
Másodszor, az elektródák még mindig sokkal egyszerűbbek, mint az agyi neuronok. Még nem képesek minden információt továbbítani és fogadni, amit az agy idegsejtjei könnyedén kezelni tudnak. Ezért az egészséges ember végtagjainak mozgása sokkal gyorsabb és pontosabb, mint a neuroprotézisek mozgása, és az egészséges fül tisztábban és pontosabban érzékeli a hangokat, mint a cochleáris implantátummal ellátott fül. Ha agyunk tudja, hogy milyen információkat kell kiszűrni, és mit tekintsünk főnek, akkor a mesterséges intelligenciával rendelkező készülékekben ezt ember által írt algoritmusok teszik meg. Amíg nem tudják lemásolni az emberi agy összetett algoritmusait.
Túl sok változót kell szabályozni
Egyes tudományos intézetek a közeljövőben azt tervezik, hogy nem egy különálló láb vagy kar neuroprotézisét, hanem egy teljes exoskeletont készítenek agyi bénulásban szenvedők számára. Ezzel a protézisformával az exoskeletonnak nemcsak az agyból, hanem a gerincvelőből is kell információt kapnia. Egy ilyen eszközzel, amely a test összes fontos idegvégződéséhez kapcsolódik, az embert igazi kiborgnak nevezhetjük. Az exoskeleton viselése lehetővé teszi a teljesen lebénult személy számára, hogy visszanyerje mozgásképességét. De a probléma az, hogy a mozgalom végrehajtása nem minden, amit az NCI-től megkövetelnek. Exoskeletonaz egyensúlyt, a mozgáskoordinációt, a térben való tájékozódást is figyelembe kell venni. Míg ezen parancsok egyidejű végrehajtása nehéz feladat.
Az emberek félnek az újtól
Az implantátum beültetés non-invazív módszere laboratóriumi körülmények között hatékony, de a hétköznapi életben ez a módszer valószínűleg nem felel meg a vele szemben támasztott elvárásoknak. Az ilyen kapcsolattal gyenge az érintkezés, főleg jelek olvasására használják. Ezért az orvostudományban és a neuroprotézisben általában az elektródák testbe való bejuttatásának sebészeti módszerét használják. De kevesen vállalják, hogy egyesítik a testüket és az ismeretlen technikát. A hollywoodi filmek terminátorairól és kiborgjairól hallva az emberek félnek a haladástól és az újításoktól, különösen, ha azok közvetlenül egy személyre vonatkoznak.
