Онлайн мозг. Машина управляется мыслью и наоборот

Когда мы говорим о возможности управления роботами или компьютерами одной лишь мыслью, это кажется нам захватывающим. Вариант внешнего вмешательства в собственный разум и управления им на расстоянии не менее завораживает. Просто в то же время это несколько пугает.

Исследователи из Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта (CSAIL) Массачусетского технологического института (MIT) совместно с Бостонским университетом разработали систему обратной связи, позволяющую корректировать движения робота с помощью интерфейс мозг-машина. Робот Бакстер, созданный компанией Rethink Robotics, заключался в размещении контейнеров с краской и катушек с кабелем в соответствующих ящиках с маркировкой. Когда Бакстер указывал рукой в ​​неправильном направлении, не узнавая объект, надзиратель посылал «сигнал ошибки» из своего мозга через волны ЭЭГ в систему управления Бакстера. Последний отреагировал изменением своего мнения.

Массачусетский технологический институт делает огромный шаг вперед в общении человека и робота

Видео, показывающее систему управления разумом движениями роботов, разработанную в Массачусетском технологическом институте.

Это не первый случай, когда электроэнцефалография и мозговые волны используются для связи с ними и управления ими. Однако решение CSAIL выделяется своей простотой, не требующей ни нового языка программирования, ни специальной тренировки ума.

Недавно он основал компанию Neuralink, задачей которой является разработка коммерческого интерфейса мозг-компьютер. Первая цель команды ученых — сконструировать имплантаты, которые, будучи установленными в мозг человека, позволят лечить ранее неизлечимые (или крайне трудно поддающиеся контролю) заболевания, такие как эпилепсия, депрессия и болезнь Паркинсона.

Маск тоже хочет создать то, что называется в СМИ «Нейронное кружево«. Предполагается, что это устройство, позволяющее искусственному интеллекту работать в тандеме с человеческим мозгом. компьютер должен стать своего рода беспроводным расширением нашего разума, значительно увеличивая его вычислительную мощность. Благодаря такому благу люди получили бы доступ к интернет-ресурсам без посредников, гораздо быстрее и эффективнее. Они также могли бы использовать мощные и постоянно расширяющиеся вычислительные облака, то есть сети из тысяч компьютеров, расположенных в серверных комнатах по всему миру. В конечном счете, они будут иметь вычислительные возможности всех самых быстрых суперкомпьютеров в настоящее время.

Создатель и не единственный, кто хочет развивать этот тип техники. Над подобными решениями думает и создатель Facebook

— говорил он в апреле, говоря о направлении развития компании. —

Проект Brain Machine Interface от Facebook называется «Корпус 8» (В8). В проекте участвует команда из XNUMX человек, работающих над неинвазивными имплантами, которые позволят, например, писать без использования пальцев, а только с использованием ума. Предполагается, что системы нейровизуализации считывают наши мысли, напрямую связываясь с речевым центром в мозгу, а затем отображая их на экране. Как рассказали сайту TechCrunch представители Facebook, речь идет не об обработке каких-либо мыслей в голове, а только тех, которые мы уже решили высказать, — ведь только такие мысли доходят до центра речи.

Интернет вещей и мыслей

Часто появляются сообщения о достижениях в области интерфейсов. В последние месяцы СМИ сообщали, например, что нейробиологи из Стэнфордского университета имплантировали электродную матрицу в мозг Денниса Дегрея, частично парализованного человека. Отслеживая активность мозга, переводя сложные электрические сигналы, а затем передавая их на виртуальную клавиатуру, Дегрей смог точно набирать до 39 символов в минуту — исключительно силой своего разума.

Устройства и игры, использующие анализ активности мозга, уже известны. Примером является, среди прочего контролирует Эмотив, то есть повязка с четырнадцатью электродами на голове. Чтобы использовать его, вам сначала нужно узнать, что означает конкретный паттерн активности мозга. Как только у алгоритма интерпретации наших мозговых волн будет достаточно данных, с Emotiv на голове мы сможем — только мысленно — играть в такие игры, как «Emotipong» (вариант «Pong») или «Cerebral Constructor» («Tetris»).

Но что означает интерфейс с устройством вне сети? Нынче — ничего! Вот почему исследователи из Университета Витса в Южной Африке подключили мозг напрямую к Интернету. По крайней мере, они так говорят. Это произошло под Брейннет проектчья целевая задача — интегрировать мозг как «хаб» в Интернет вещей (-IoT) и Всемирную паутину.

Конструкция работает, получая сигналы мозговых волн ЭЭГ, собранные контроллером Emotiv, подключенным к голове пользователя. Затем эти сигналы отправляются на простой чип Raspberry Pi, который направляет данные в режиме реального времени в интерфейс прикладного программирования и отображает их на открытом веб-сайте, где каждый может наблюдать за активностью.

Дополнить «Брейнтернет» могут технологии инженеров из Бостонского университета, которые помогут создать миниатюрные антенныв сто раз меньше, чем те, которые используются в настоящее время. Автор исследования, проф. Ниан Х. Сунхочет, чтобы в будущем их вживили в мозговые имплантаты. Теоретически это позволит управлять устройствами, подключенными к Интернету вещей, исключительно мыслями. Ученые из Бостона уже сотрудничают по этому вопросу с нейрохирургами из госпиталя Массачусетса. Пока импланты только следят за работой мозга пациентов, страдающих эпилепсией. Однако, по словам создателей, это лишь вопрос времени, когда мини-антенны позволят мозгу общаться с компьютером.

 

Разум в виртуальной реальности

Дальнейшее развитие интерфейсов – это выход в мир виртуальной реальности. Недавно СМИ сообщили, что Neurable разработала первый в мире интерфейс для виртуальной реальности. Представьте, что вы можете надеть гарнитуру виртуальной реальности (), наблюдать, как вокруг нее формируется виртуальный мир, а затем перемещаться по нему без использования контроллеров — управляйте виртуальной реальностью своими мыслями.

На знаменитой конференции SIGGRAPH Neurable она представила первую в мире виртуальную игру, управляемую разумом. Называется «Пробуждение» и, согласно сообщениям, вы можете использовать свой разум, чтобы поднимать предметы, запускать лазеры, превращать собаку-робота в воздушный шар и т. д. Все воспроизводится на наборе HTC Vive путем объединения стандартного набора HTC Vive с модулем Neurable.

Генеральный директор компании, Рамзес Алькаиде, утверждает, что представленная технология не использует паттерны ЭЭГ, связанные с концентрацией или расслаблением, в качестве управляющих сигналов, как это имеет место в нескольких устройствах, уже представленных на рынке. Вместо этого программное обеспечение Neurable записывает потенциалы событий, то есть более конкретные сигналы, возникающие, когда мозг реагирует на раздражители, что позволяет использовать преднамеренный метод взаимодействия.

Искусство прямо из головы

Технологии BCI () позволяет людям с ограниченными возможностями писать сообщения, отправлять электронные письма, выходить в Интернет, управлять умным домом, двигать протезы конечностей и даже передвигать инвалидное кресло с электроприводом. Однако это еще только повседневность и борьба с повседневностью, а человеку в жизни нужно нечто большее, например искусство. В 2010 году группа исследователей из Германии использовала BCI для экспериментов с «рисование мозгом », проводимая с участием больных боковым амиотрофическим склерозом, эффективно раскрывающая творческий потенциал парализованных художников.

Мужчина управляет протезами рук через разум

Согласно статье, опубликованной несколько месяцев назад в журнале «Plos One», австрийская группа нейроинженеров сконструировала первый программа для написания музыки контролируется исключительно мозгом. Ученые проверили технологию на группе здоровых добровольцев, которые в ходе экспериментов смогли как копировать музыкальные произведения, так и создавать собственные композиции.

Гернот Мюллер-ПутцВдохновленный успехом программы «рисования мозга», глава Института нейронной инженерии Технологического университета Граца подумал, что технику нейронной селекции можно использовать для обозначения определенного типа заметки и, как следствие, для записи целая музыкальная партитура. Сигналы мозга регистрируются электроэнцефалограммой, которую надевают на голову, как купальную шапочку. Поскольку мозг у всех немного отличается, система должна быть откалибрована, чтобы точно считывать интенсивность мозговой волны участника. Уже во время первой попытки тестовая группа BCI смогла справиться с точностью более 88% при дублировании слов. С таким же успехом прошла операция по копированию нот популярной песни «Alouette». На прохождение 25 нот мелодии респонденты потратили в среднем 21 минуту.

Gernot Müller-Putzw hełmie ЭЭГ

Исследователи также предложили профессиональному музыканту попытаться сочинить что-нибудь, используя только свой мозг. Во время упражнения по копированию «Алуэтт» достиг точности 93,6%. Он был намного быстрее в свободном сочинении — он смог написать мелодию из 26 нот всего за 14 минут.

Что можно вбить в голову

Подключение к машинам и управление ими через BCI — четкая часть прогнозов о прямой связи мозга с миром машин. Однако есть и более мрачные прогнозы. Благодаря анализу мозговой деятельности можно не только управлять мыслями машин, но и, как показывают эксперименты на животных, влиять на разум и тела других существ. Образы и фрагменты воспоминаний можно вытащить из чьей-то головы и протестировать на крысах. Все чаще также говорится о размещении мыслей или воспоминаний в чужом уме.

Нейропротезная компания «Кернел» в Силиконовой долине предлагает мозговой имплант, разработанный Со Бергер из Университета Южной Калифорнии. Устройство, имплантированное в мозг, поддерживает процесс памяти. Он уже был испытан — и успешно — на крысах и приматах.

Имплантат соединяется с гиппокампом — областью мозга, отвечающей за память. Он работает как своего рода усилитель. Прибор получает нервные импульсы во время обучения, обрабатывает их с помощью встроенного микропроцессора, а затем стимулирует гиппокамп сильными импульсами, имитирующими естественные. Исследователи также искали общие модели памяти у подопытных животных. Оказалось, что крысы, изучая одни и те же вещи, сходным образом кодируют их в своем мозгу. Общие закономерности для приматов пока не обнаружены.

Если дальнейшие эксперименты подтвердят это, появится шанс на устройство, которое предоставит нам почти абсолютная память. Кстати — о чем не пишут авторы, но что логически следует из их открытий — отчетливо просматривается возможность наполнения мозга новыми воспоминаниями, которых раньше не было. Так это тоже становится реальным кража воспоминаний, т.е. извлечение из мозга различной информации — вне зависимости от воли субъекта.

Дистанционное управление

Десять лет назад биоинженер Карл Дейссерот и его коллеги из Стэнфордского университета опубликовали результаты своего исследования. оптический контроль головного мозга — ныне известный как оптогенетический. Там схема возбуждения нейронов контролируется светом. Для создания нужной системы они поместили в мозг мышей клетки с генами, отвечающими за синтез биомолекулы опсина ChR2, полученного из определенного вида водорослей. Эти молекулы используют энергию света для введения ионов в нейроны. Это, в свою очередь, способ контролировать электрическую активность нейронов, то есть с помощью света воздействовать на поведение животного или даже контролировать его. В рамках экспериментов удалось разбудить животных только световыми импульсами.

Оптогенетически контролируемая мышь

Однако оптогенетика — это не просто так. Поскольку свет не может легко проникать в плотную жировую ткань мозга, исследователям пришлось проложить для него путь, вживив в субъекта оптоволоконные кабели. Технические трудности привели к разработке менее инвазивного метода, известного как ДРЕАДД. В этом случае рецептор, обычно активируемый нейротрансмиттером ацетилхолином, модифицируется в ответ на активное вещество. Как только это вещество будет доставлено, нейронами можно манипулировать и изменять их в течение нескольких часов. Однако основным недостатком этой концепции была медленная стимуляция.

В последние несколько лет ученые предложили новый метод стимуляции нейронов с использованием радиоволны низкая частота или магнитное полекоторые могут проникать в тело, не причиняя вреда. Волны нагревают наночастицы оксида железа, которые вводятся или генерируются генетически в организме. В процессе, подобном оптогенетике, нагретые наночастицы открывают ионный канал, позволяя ионам кальция проникать в клетку. В зависимости от расположения наночастиц ионы могут удаленно выполнять широкий спектр операций, от высвобождения инсулина до подавления гормонов желудка, вызывающих чувство голода.

В августовском номере журнала «eLife» исследование на эту тему под руководством проф. физика Арнда Пралле из исследования Университета Буффало, посвященного «Магнито-тепловая стимуляция». Ученые смогли дистанционно управлять мозгом мышей, заставляя их бежать по сигналу и останавливаться. Им даже удалось взять под контроль конечности животных без их воли.

Новое изобретение позволяет дистанционно управлять активностью нейронов благодаря магнитным наночастицам, которые стимулируют нейроны, оснащенные чувствительными к температуре ионными каналами. При нагревании наночастиц внешним магнитным полем эти каналы открываются, что в свою очередь возбуждает нейроны.

Этот процесс требует имплантации специально сконструированных нитей ДНК и наночастиц, которые связываются со специфическими нейронами. После завершения минимально инвазивной процедуры мозгом можно дистанционно управлять с помощью переменного магнитного поля.

Хотя мы говорим только о мышах и в основном о положительных, целебных аспектах технологии, возникает смутное беспокойство, что кому-то когда-нибудь удастся сконструировать оптогенетическую или магнитотермическую человек-водитель, вызывая у него желание, например, поработать, что-то купить или проголосовать за определенную партию…

В августе 2013 года прозвучало громкое объявление об эксперименте двух ученых из Вашингтонского университета, которые подключили — естественно, неинвазивно — собственный мозг. В результате один из них взял на себя интернет-контроль над движениями пальца другого, оставаясь в офисе на другом конце университетского городка.

Раджеш Рао и Андреа Стокко во время знаменитого эксперимента

Они были смельчаками Раджеш Рао i Андреа Стокко. Электроэнцефалограф регистрировал активность мозговых волн Рао, преобразовывая их в электрические импульсы, а затем посылал через Интернет на устройство, используемое для так называемой Stocco Транскраниальная магнитная стимуляция головного мозга (ТМС). проф. Таким образом, Рао играл роль коммуникатора мыслей. Перед ним был экран, и он представлял, что правой рукой он двигает курсор на экране, который нажимает на кнопку, которая стреляет из пушки. В комнате на другом конце кампуса Стокко носил простую розовую плавательную шапочку с головкой для транскраниальной стимуляции над левой корой. Это устройство путем индукции в быстро меняющемся магнитном поле вызывает деполяризацию и гиперполяризацию нейронов в головном мозге, т.е. стимуляцию тех областей, которые отвечают за определенное действие (например, движение руки и пальца). После получения сигнала и стимуляции мозга реципиента с помощью ТМС реципиент непроизвольно совершал соответствующие движения. Стокко говорит, что это ощущение было похоже на нервный тик — он не мог его контролировать.

Это было небольшое движение человеческого пальца, но, возможно, большое движение человечества в не совсем верном направлении.

Американское агентство DARPA в 2017 году получило средства в размере 65 млн долларов США, которые будут направлены на разработку нейронных имплантатов, позволяющих человеку напрямую общаться с типичными компьютерными интерфейсами для обмена данными. Текущий проект является частью более крупной программы, называемой NESD (), цель которого — расширить возможности человеческого разума с помощью цифровых чувств.

Существенным требованием конструкции является не только возможность общения между человеком и машиной. Разрабатываемый интерфейс должен быть двунаправленным.

— он сказал Филипп Алвельда, руководитель и инициатор программы СВУР.

DARPA, как известно, занимается военными проектами. Воображение подсказывает, что могли бы сделать военные с интерфейсом такого типа. Улучшение связи на поле боя — это только начало размышлений…