Աստիճանաբար շատ նոր բաներ են մտնում մեր կյանք: Տեխնոլոգիաների զարգացումը կանգ չի առնում, և վաղը կարող է հնարավոր լինել այն, ինչի մասին երեկ չէինք համարձակվում երազել։ Նեյրոհամակարգչային ինտերֆեյսը (NCI) իրական է դարձնում մարդու ուղեղի և տեխնոլոգիայի միջև կապը, նրանց մասնակի փոխազդեցությունը:
Ի՞նչ է NCI:
NCI-ն մարդու ուղեղի և էլեկտրոնային սարքի միջև տեղեկատվության փոխանակման համակարգ է: Փոխանակումը կարող է լինել երկկողմանի, երբ էլեկտրական ազդակները սարքից գալիս են ուղեղ և հակառակը, կամ միակողմանի, երբ միայն մեկ օբյեկտ է ստանում տեղեկատվություն։ Ավելի պարզ ասած, NCI-ն այն է, ինչ կոչվում է «մտքի ուժի կառավարում»: Շատ կարևոր բացահայտում, որն արդեն լայնորեն կիրառվում է կյանքի բազմաթիվ ոլորտներում։
Ինչպե՞ս է աշխատում NCI-ն:
Ուղեղի նեյրոնները տեղեկատվություն են փոխանցում միմյանց՝ օգտագործելով էլեկտրական ազդակներ։ Սա շատ բարդ և խճճված ցանց է, որը գիտնականները դեռ չեն կարող ամբողջությամբ վերլուծել: Սակայն NCI-ի օգնությամբ հնարավոր է դարձել կարդալ ուղեղի իմպուլսների տեղեկատվության մի մասը և այն փոխանցել էլեկտրոնային սարքերին։ Նրանք, իրենց հերթին, կարող են փոխակերպվելազդակներ գործողության մեջ։
NCI ուսումնասիրության պատմություն
Հատկանշական է, որ ռուս գիտնական Ի. Պ. Պավլովի աշխատանքները պայմանավորված ռեֆլեքսների վերաբերյալ հիմք են դարձել NC ինտերֆեյսի մշակման համար։ Նաև NCI-ի ուսումնասիրության մեջ կարևոր դեր է խաղացել ուղեղային ծառի կեղևի կարգավորիչ դերի վերաբերյալ նրա սեփական աշխատանքը: Ի. Պ. Պավլովի հետազոտությունը տեղի է ունեցել քսաներորդ դարի սկզբին Սանկտ Պետերբուրգի Փորձարարական բժշկության ինստիտուտում։ Հետագայում Պավլովի գաղափարները NC ինտերֆեյսի ուղղությամբ մշակվել են խորհրդային ֆիզիոլոգ Պ. Կ. Անոխինի և խորհրդային և ռուս նեյրոֆիզիոլոգ Ն. Պ. Բեխտերևայի կողմից։ Համաշխարհային NCI հետազոտությունները սկսվել են միայն 1970-ականներին Միացյալ Նահանգներում: Փորձարկումներ են իրականացվել կապիկների, առնետների և այլ կենդանիների վրա։ Հետազոտության ընթացքում փորձարարական կապիկների հետ աշխատող գիտնականները պարզել են, որ ուղեղի որոշ հատվածներ պատասխանատու են նրանց վերջույթների շարժման համար։ Այս հայտնագործությունից ի վեր NCI-ի հետագա ճակատագիրը կնքված է:
Էլեկտրաուղեղագրություն (ԷԳ)
Էլեկտրաուղեղագրությունը ուղեղի էլեկտրոնային իմպուլսները կարդալու մեթոդ է՝ մարդու գլխին էլեկտրոդներ ոչ ինվազիվ կերպով ամրացնելու միջոցով: Ոչ ինվազիվ մեթոդը այն մեթոդն է, երբ էլեկտրոդները ամրացվում են մարդու կամ կենդանու գլխին՝ առանց ուղեղի կեղևի մեջ ուղղակի ներդիրի: EEG մեթոդը հայտնվել է համեմատաբար վաղուց և մեծ ներդրում է ունեցել ուղեղ-համակարգիչ ինտերֆեյսի զարգացման գործում։ EEG մեթոդը դեռ օգտագործվում է այսօր, քանի որ այն էժան է և արդյունավետ:
NCI-ի փուլեր
Մարդու ուղեղից ստացվող տեղեկատվությունը մշակվում էէլեկտրոնային սարք չորս քայլով՝
- Ստանալ ազդանշան։
- Նախաբուժում.
- Տվյալների մեկնաբանում և դասակարգում.
- Տվյալների ելք։
Առաջին փուլ
Առաջին փուլում էլեկտրոդները կամ ուղղակիորեն տեղադրվում են գլխուղեղի կեղևի մեջ (ինվազիվ մեթոդ), կամ ամրացվում են գլխի մակերեսին (ոչ ինվազիվ մեթոդ): Սկսվում է ուղեղի բջիջներից տեղեկատվության ընթերցման գործընթացը: Էլեկտրոդները հավաքում են տվյալներ նեյրոնների առանձին համակարգերից, որոնք պատասխանատու են տարբեր գործողությունների համար։
Նախաբուժում
Ուղեղ-համակարգիչ ինտերֆեյսի երկրորդ փուլում ստացված ազդանշանները նախապես մշակվում են։ Սարքը արդյունահանում է ազդանշանային բնութագրերը՝ պարզեցնելու տվյալների բարդ կազմը, մաքրելու ավելորդ տեղեկատվությունը և աղմուկը, որը խանգարում է ուղեղի հստակ ազդանշաններին:
Երրորդ փուլ
NDT ինտերֆեյսի երրորդ փուլում տեղեկատվությունը էլեկտրական իմպուլսներից մեկնաբանվում է թվային կոդի: Նշանակում է գործողություն, ազդանշան, որին տվել է ուղեղը։ Ստացված ծածկագրերը այնուհետև դասակարգվում են։
Տվյալների ելք
Տեղեկատվության ելքը տեղի է ունենում չորրորդ փուլում: Թվայնացված տվյալները փոխանցվում են ուղեղին միացված սարքին, որն իրականացնում է մտավոր տրված հրամանը:
Նեյրոպրոթեզավորում
Ուղեղի ինտերֆեյսի ներդրման հիմնական ուղղություններից մեկը բժշկությունն է։ Նյարդային պրոթեզները նախատեսված են վերականգնելու կապը մարդու ուղեղի և նրա օրգանների գործողության միջև, փոխարինելու հիվանդության կամ վնասվածքի հետևանքով վնասված օրգանները՝ առողջ մարմնի գործառույթների հետագա վերականգնմամբ:NCI-ն կարող է հատկապես լավ լինել կաթվածահար կամ վերջույթների կորուստ ունեցող մարդկանց համար: Նյարդային պրոթեզների կիրառման ժամանակ օգտագործվում է ուղեղ-համակարգիչ ինտերֆեյսի աշխատանքի սկզբունքը։ Շատ պարզ ասած՝ մարդուն տեղադրում են ձեռքերի կամ ոտքերի պրոթեզ, որոնցից էլեկտրոնային իմպլանտները տանում են դեպի ուղեղի այն հատվածը, որը պատասխանատու է այս վերջույթի շարժման համար։ Նեյրոպրոթեզավորումն անցել է բազմաթիվ թեստեր, բայց դրա զանգվածային օգտագործման դժվարությունը կայանում է նրանում, որ NCI-ն չի կարող ամբողջությամբ կարդալ ուղեղի ազդանշանները, իսկ պրոթեզների կառավարումը առօրյա կյանքում լաբորատորիայից դուրս դժվար է: Մի քանի տարի առաջ Ռուսաստանը ցանկանում էր հիմնել նեյրոպրոթեզների արտադրություն, սակայն մինչ այժմ դա չի իրականացվել։
Լսողության պրոթեզներ
Եթե պրոթեզային վերջույթները դեռ չեն հայտնվել մասսայական շուկայում, ապա կոխլեար իմպլանտը (պրոթեզ, որն օգնում է վերականգնել լսողությունը) երկար ժամանակ օգտագործվել է։ Այն ստանալու համար հիվանդը պետք է ունենա զգայական լսողության ընդգծված աստիճան (այսինքն՝ այնպիսի լսողության կորուստ, որում խանգարվում է լսողական սարքի՝ ձայներ ստանալու և վերլուծելու ունակությունը)։ Լսողության վերականգնումը կոխլեար իմպլանտով կիրառվում է, երբ սովորական լսողական սարքը չի տալիս ակնկալվող արդյունքները: Իմպլանտը վիրահատական վիրահատության արդյունքում տեղադրվում է ականջի ապարատի և գլխի հարակից հատվածի մեջ։ Ինչպես ցանկացած այլ ուղեղ-մեքենա ինտերֆեյս, կոխլեար իմպլանտը պետք է լիովին համապատասխանի կրողին: Որպեսզի սովորի, թե ինչպես օգտագործել այն և սկսի իմպլանտն ընկալել որպես նոր ականջ, հիվանդը պետք է երկար վերականգնողական կուրս անցնի:
NCI-ի ապագան
Վերջերս ամենուր կարող եք լսել և կարդալ արհեստական ինտելեկտի մասին: Սա նշանակում է, որ շատերի երազանքն իրականանում է՝ շուտով մեր ուղեղը կմտնի տեխնոլոգիայի հետ սիմբիոզի մեջ։ Անկասկած, սա նոր դարաշրջան է լինելու մարդկության զարգացման մեջ։ Գիտելիքների և հնարավորությունների նոր մակարդակ. Ուղեղ-համակարգիչ ինտերֆեյսի շնորհիվ մեծ թվով նոր և կարևոր բացահայտումներ կհայտնվեն գիտության շատ ոլորտներում։ Բժշկական նպատակներով օգտագործելուց բացի, NCI-ն արդեն կարող է օգտատիրոջը միացնել վիրտուալ իրականության սարքերին: Օրինակ՝ վիրտուալ համակարգչային մկնիկ, ստեղնաշար, կերպարներ վիրտուալ իրականության խաղերում և այլն:
Կառավարում առանց ձեռքերի
Նեյրոհամակարգչային ինտերֆեյսի հիմնական խնդիրն է՝ գտնել առանց մկանների օգնության սարքավորումները կառավարելու հնարավորությունը։ Այս ոլորտում հայտնագործությունները կաթվածահար մարդկանց ավելի շատ հնարավորություններ կտան շարժման, մեքենա վարելու և գաջեթների մեջ: Արդեն այժմ NCI-ն անխափան կերպով համատեղում է մարդու ուղեղը և համակարգչային արհեստական ինտելեկտը: Դա հնարավոր դարձավ մարդկային ուղեղի սկզբունքների խորը ուսումնասիրության շնորհիվ։ Դրանց հիման վրա են կազմվում ծրագրեր, որոնց վրա աշխատում են NCI-ն և արհեստական ինտելեկտը։
NTI ռոբոտաշինության մեջ
Քանի որ գիտնականները պարզեցին, որ ուղեղի որոշ հատվածներ պատասխանատու են մկանների շարժման համար, նրանք անմիջապես հասկացան, որ մարդու ուղեղը կարող է կառավարել ոչ միայն իր մարմինը, այլև մարդանման մեքենան: Այժմ ստեղծվում են բազմաթիվ տարբեր ռոբոտային մեքենաներ: Այդ թվում՝ հումանոիդները։ Ռոբոտիստները ձգտում են իրենց հումանոիդ աշխատանքներումընդօրինակել իրական մարդկանց պահվածքը. Բայց մինչ այժմ ծրագրավորումը և արհեստական ինտելեկտը հաղթահարում են այս խնդիրը մի փոքր ավելի վատ, քան NCI-ն: Օգտագործելով NC ինտերֆեյսը, դուք կարող եք կառավարել ռոբոտային վերջույթները հեռավորությունից: Օրինակ՝ այն վայրերում, որտեղ մարդու մուտքն անհնար է։ Կամ այն աշխատատեղերում, որոնք պահանջում են ոսկերչական ճշգրտություն։
NCI կաթվածի համար
Անկասկած, բժշկության մեջ ամենապահանջվածը ուղեղ-համակարգիչ ինտերֆեյսն է։ Ձեռքերի, ոտքերի պրոթեզների կառավարում, մտքով հաշմանդամի սայլակի կառավարում, սմարթֆոնների, առանց ձեռքի համակարգիչների տեղեկատվության կառավարում և այլն: Եթե այս նորամուծությունները դառնան ամենուր, ապա ներկայումս շարժվելու սահմանափակված մարդկանց կենսամակարդակը կբարելավվի: Ուղեղն անմիջապես հրամաններ կփոխանցի սարքերին՝ շրջանցելով մարմինը, ինչը կօգնի հաշմանդամություն ունեցող անձին ավելի լավ հարմարվել շրջակա միջավայրին։ Սակայն նեյրոպրոթեզավորում փորձելիս մասնագետները բախվում են որոշ խնդիրների, որոնց լուծումները մինչ օրս չեն կարողանում գտնել։
Ուղեղ-համակարգիչ ինտերֆեյսի առավելություններն ու թերությունները
Չնայած այն հանգամանքին, որ NC ինտերֆեյսի օգտագործումը շատ առավելություններ ունի, կան նաև թերություններ դրա օգտագործման մեջ: Բժշկության մեջ NCI-ի զարգացման առավելությունն այն է, որ մարդու ուղեղը (հատկապես նրա կեղևը) շատ լավ է հարմարվում փոփոխություններին, ինչի պատճառով NCI ինտերֆեյսի հնարավորությունները գրեթե անսահման են։ Հարցը միայն նոր տեխնոլոգիաների մշակման և բացահայտման հետևում է։ Բայց այստեղ կան որոշ խնդիրներ։
մարմնի հյուսվածքների անհամատեղելիություն սարքերի հետ
Նախ, եթե մուտք գործեքիմպլանտներ ինվազիվ եղանակով (հյուսվածքների ներսում), շատ դժվար է հասնել նրանց լիարժեք համատեղելիությանը հիվանդի հյուսվածքների հետ: Այն նյութերն ու մանրաթելերը, որոնք պետք է ամբողջությամբ տեղադրվեն օրգանական հյուսվածքի մեջ, միայն ստեղծվում են:
Թերի տեխնիկա՝ համեմատած ուղեղի հետ
Երկրորդ, էլեկտրոդները դեռ շատ ավելի պարզ են, քան ուղեղի նեյրոնները: Նրանք դեռ չեն կարողանում փոխանցել և ստանալ այն ամբողջ տեղեկատվությունը, որը ուղեղի նյարդային բջիջները հեշտությամբ կարող են կառավարել։ Ուստի առողջ մարդու վերջույթների շարժումը շատ ավելի արագ և ճշգրիտ է, քան նեյրոպրոթեզների շարժումը, և առողջ ականջն ավելի հստակ և ճիշտ է ընկալում հնչյունները, քան կոխլեար իմպլանտով ականջը։ Եթե մեր ուղեղը գիտի, թե ինչ տեղեկատվություն պետք է զտել, և ինչը դիտարկել որպես հիմնական, ապա արհեստական ինտելեկտով սարքերում դա արվում է մարդու կողմից գրված ալգորիթմների միջոցով: Մինչև նրանք կարողանան կրկնօրինակել մարդկային ուղեղի բարդ ալգորիթմները:
Չափից շատ փոփոխականներ կառավարելու համար
Որոշ գիտական ինստիտուտներ ծրագրում են մոտ ապագայում ստեղծել ոչ թե ոտքի կամ ձեռքի առանձին նեյրոպրոթեզ, այլ մի ամբողջ էկզոկմախք ուղեղային կաթված ունեցող մարդկանց համար։ Պրոթեզի այս ձևով էկզոկմախքը պետք է տեղեկատվություն ստանա ոչ միայն ուղեղից, այլև ողնուղեղից։ Նման սարքով, որը կապված է մարմնի բոլոր կարևոր նյարդային վերջավորություններին, մարդուն կարելի է իսկական կիբորգ անվանել։ Էկզոկմախք կրելը լիովին անդամալույծ մարդուն թույլ կտա վերականգնել շարժվելու ունակությունը: Բայց խնդիրն այն է, որ շարժման իրականացումն այն ամենը չէ, ինչ պահանջվում է ԱԱԽ-ից։ Exoskeletonպետք է հաշվի առնել նաև հավասարակշռությունը, շարժումների համակարգումը, կողմնորոշումը տարածության մեջ: Մինչդեռ այս բոլոր հրամանները միաժամանակ իրականացնելու խնդիրը դժվար է։
Մարդկանց վախը նորից
Իմպլանտների տեղադրման ոչ ինվազիվ մեթոդը արդյունավետ է լաբորատոր պայմաններում, սակայն սովորական կյանքում այս մեթոդը դժվար թե արդարացնի իր վրա դրված ակնկալիքները: Նման կապի հետ շփումը թույլ է, այն օգտագործվում է հիմնականում ազդանշաններ կարդալու համար։ Ուստի բժշկության մեջ և նեյրոպրոթեզավորման մեջ, որպես կանոն, կիրառում են էլեկտրոդներ օրգանիզմ մտցնելու վիրաբուժական մեթոդը։ Սակայն քչերը կհամաձայնեն համատեղել իրենց մարմինն ու անհայտ տեխնիկան։ Լսելով հոլիվուդյան ֆիլմերից տերմինատորների և կիբորգների մասին՝ մարդիկ վախենում են առաջընթացից և նորարարություններից, հատկապես, երբ դրանք ուղղակիորեն վերաբերում են մարդուն։
