Unti-unti, maraming bagong bagay ang pumapasok sa ating buhay. Ang pag-unlad ng teknolohiya ay hindi tumigil, at bukas ay maaaring posible ang kahapon na hindi natin pinangarap na pangarapin. Ginagawang tunay ng neurocomputer interface (NCI) ang koneksyon sa pagitan ng utak at teknolohiya ng tao, ang kanilang bahagyang pakikipag-ugnayan.
Ano ang NCI?
Ang NCI ay isang sistema para sa pagpapalitan ng impormasyon sa pagitan ng utak ng tao at isang electronic device. Ang palitan ay maaaring two-way, kapag ang mga electrical impulses ay nagmumula sa device papunta sa utak at vice versa, o one-way, kapag isang bagay lang ang tumatanggap ng impormasyon. Sa mas simpleng termino, ang NCI ay tinatawag na "pamamahala ng kapangyarihan ng pag-iisip." Isang napakahalagang pagtuklas, na malawakang ginagamit sa maraming bahagi ng buhay.
Paano gumagana ang NCI?
Ang mga neuron ng utak ay nagpapadala ng impormasyon sa isa't isa gamit ang mga electrical impulses. Ito ay isang napakakomplikado at masalimuot na network na hindi pa ganap na masuri ng mga siyentipiko. Ngunit sa tulong ng NCI, naging posible na basahin ang bahagi ng impormasyon ng mga impulses ng utak at ilipat ito sa mga elektronikong aparato. Sila naman ay maaaring mag-transformmga impulses sa pagkilos.
Kasaysayan ng pag-aaral ng NCI
Kapansin-pansin na ang mga gawa ng Russian scientist na si IP Pavlov sa mga nakakondisyon na reflexes ay naging batayan para sa pagbuo ng interface ng NC. Gayundin isang mahalagang papel sa pag-aaral ng NCI ay nilalaro ng kanyang sariling gawain sa regulasyon na papel ng cerebral cortex. Ang pananaliksik ni IP Pavlov ay naganap sa simula ng ikadalawampu siglo sa Institute of Experimental Medicine sa St. Petersburg. Nang maglaon, ang mga ideya ni Pavlov sa direksyon ng interface ng NC ay binuo ng Soviet physiologist na si P. K. Anokhin at ng Soviet at Russian neurophysiologist na si N. P. Bekhtereva. Ang pandaigdigang pananaliksik sa NCI ay nagsimula lamang noong 1970s sa Estados Unidos. Ang mga eksperimento ay isinagawa sa mga unggoy, daga at iba pang mga hayop. Sa kurso ng pananaliksik, nalaman ng mga siyentipiko na nagtatrabaho sa mga eksperimentong unggoy na ang ilang bahagi ng utak ay may pananagutan sa mga paggalaw ng kanilang mga paa. Mula nang matuklasan ito, ang kasunod na kapalaran ng NCI ay selyado na.
Electroencephalography (EEG)
Ang Electroencephalography ay isang paraan ng pagbabasa ng mga electronic impulses ng utak sa pamamagitan ng non-invasively attaching electrodes sa ulo ng isang tao. Ang isang non-invasive na paraan ay isang paraan kung saan ang mga electrodes ay nakakabit sa ulo ng isang tao o hayop, nang walang direktang pagpapasok sa cerebral cortex. Ang paraan ng EEG ay lumitaw medyo matagal na ang nakalipas at gumawa ng isang mahusay na kontribusyon sa pagbuo ng interface ng utak-computer. Ginagamit pa rin ngayon ang paraan ng EEG dahil ito ay mura at epektibo.
Mga Yugto ng NCI
Impormasyon na nagmumula sa utak ng tao ay pinoprosesoelectronic device sa apat na hakbang:
- Tumanggap ng signal.
- Pre-treatment.
- Interpretasyon at pag-uuri ng data.
- Output ng data.
Unang yugto
Sa unang yugto, ang mga electrodes ay direktang ipinapasok sa cerebral cortex (invasive method) o nakakabit sa ibabaw ng ulo (non-invasive na paraan). Nagsisimula ang proseso ng pagbabasa ng impormasyon mula sa mga selula ng utak. Kinokolekta ng mga electrodes ang data mula sa mga indibidwal na sistema ng mga neuron na responsable para sa iba't ibang pagkilos.
Pre-treatment
Sa ikalawang yugto ng interface ng utak-computer, ang mga natanggap na signal ay paunang pinoproseso. Kinukuha ng device ang mga katangian ng signal para pasimplehin ang kumplikadong komposisyon ng data, alisin ang hindi kinakailangang impormasyon at ingay na nakakasagabal sa malinaw na mga signal ng utak.
Ikatlong yugto
Sa ikatlong yugto ng interface ng NDT, binibigyang-kahulugan ang impormasyon mula sa mga electrical impulse sa isang digital code. Ito ay nagpapahiwatig ng isang aksyon, isang senyas na ibinigay ng utak. Ang mga resultang code ay inuri.
Data output
Nagaganap ang output ng impormasyon sa ikaapat na yugto. Ang digitized na data ay output sa isang device na nakakonekta sa utak, na nagsasagawa ng isang utos na ibinigay sa isip.
Neuroprosthetics
Ang isa sa mga pangunahing bahagi ng pagpapatupad ng interface ng utak ay gamot. Ang mga neural prostheses ay idinisenyo upang maibalik ang koneksyon sa pagitan ng utak ng tao at ng pagkilos ng mga organo nito, upang palitan ang mga organo na nasira ng sakit o pinsala, na may kasunod na pagpapanumbalik ng mga function ng isang malusog na katawan. Maaaring maging mabuti ang NCI para sa mga taong may paralisis o pagkawala ng mga paa. Sa paggamit ng mga neural prostheses, ginagamit ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng interface ng utak-computer. Upang ilagay ito nang simple, ang isang tao ay nilagyan ng mga prosthetic na braso o binti, kung saan ang mga elektronikong implant ay humahantong sa lugar ng utak na responsable para sa paggalaw ng paa na ito. Ang mga neuroprosthetics ay pumasa sa maraming mga pagsubok, ngunit ang kahirapan ng paggamit nito sa masa ay nakasalalay sa katotohanan na ang NCI ay hindi ganap na mabasa ang mga signal ng utak, at ang kontrol ng mga prostheses sa pang-araw-araw na buhay sa labas ng laboratoryo ay mahirap. Ilang taon na ang nakalipas, nais ng Russia na magtatag ng paggawa ng mga neuroprostheses, ngunit hanggang ngayon ay hindi pa ito naipatupad.
Hearing prostheses
Kung ang mga prosthetic limbs ay hindi pa lumalabas sa mass market, ang cochlear implant (isang prosthesis na tumutulong sa pagpapanumbalik ng pandinig) ay matagal nang ginagamit. Upang matanggap ito, ang pasyente ay dapat magkaroon ng isang malinaw na antas ng sensorineural na pagkawala ng pandinig (iyon ay, tulad ng pagkawala ng pandinig kung saan ang kakayahan ng hearing aid na tumanggap at magsuri ng mga tunog ay may kapansanan). Ang pagpapanumbalik ng pandinig gamit ang isang cochlear implant ay ginagamit kapag ang isang kumbensyonal na hearing aid ay hindi nagbibigay ng inaasahang resulta. Ang implant ay itinanim sa ear apparatus at sa katabing bahagi ng ulo bilang resulta ng operasyon ng kirurhiko. Tulad ng anumang iba pang interface ng brain-machine, ang isang cochlear implant ay dapat magkasya nang buo sa nagsusuot. Upang matutunan kung paano gamitin ito at simulang maramdaman ang implant bilang isang bagong tainga, ang pasyente ay kailangang sumailalim sa mahabang kurso ng rehabilitasyon.
Kinabukasan ng NCI
Kamakailan, maririnig at mababasa mo ang tungkol sa artificial intelligence kahit saan. Nangangahulugan ito na ang pangarap ng maraming tao ay natutupad - sa lalong madaling panahon ang ating utak ay papasok sa symbiosis sa teknolohiya. Walang alinlangan, ito ay magiging isang bagong panahon sa pag-unlad ng sangkatauhan. Bagong antas ng kaalaman at pagkakataon. Salamat sa interface ng utak-computer, isang malaking bilang ng mga bago at mahahalagang tuklas ang lilitaw sa maraming larangan ng agham. Bilang karagdagan sa paggamit para sa mga layuning medikal, maaari nang ikonekta ng NCI ang user sa mga virtual reality na device. Gaya ng virtual computer mouse, keyboard, mga character sa virtual reality na laro, atbp.
Pamamahala nang walang mga kamay
Ang pangunahing gawain ng interface ng neurocomputer ay upang mahanap ang posibilidad ng pagkontrol ng kagamitan nang walang tulong ng mga kalamnan. Ang mga pagtuklas sa lugar na ito ay magbibigay sa mga taong may paralisis ng mas maraming pagkakataon sa paggalaw, pagmamaneho at mga gadget. Ngayon, ang NCI ay walang putol na pinagsasama ang utak ng tao at ang computer na artificial intelligence. Naging posible ito salamat sa malalim na pag-aaral ng mga prinsipyo ng utak ng tao. Ito ay sa kanilang batayan na ang mga programa ay pinagsama-sama kung saan gumagana ang NCI at artificial intelligence.
NTI sa robotics
Dahil nalaman ng mga siyentipiko na ang ilang bahagi ng utak ang may pananagutan sa paggalaw ng kalamnan, nagkaroon agad sila ng ideya na hindi lamang kayang kontrolin ng utak ng tao ang sarili nitong katawan, kundi kontrolin din ang isang humanoid machine. Maraming iba't ibang robotic machine ang nalilikha ngayon. Kasama ang mga humanoid. Nagsusumikap ang mga roboticist sa kanilang mga gawang humanoidgayahin ang ugali ng mga totoong tao. Ngunit sa ngayon, ang programming at artificial intelligence ay nakayanan ang gawaing ito nang kaunti kaysa sa NCI. Gamit ang interface ng NC, maaari mong kontrolin ang mga robotic limbs mula sa malayo. Halimbawa, sa mga lugar kung saan imposible ang pag-access ng tao. O sa mga trabahong nangangailangan ng katumpakan ng alahas.
NCI para sa paralisis
Walang alinlangan, ang pinaka-hinihingi ay ang brain-computer interface sa medisina. Pagkontrol sa mga prosthetic na braso, binti, pagkontrol ng wheelchair gamit ang iyong isip, pamamahala ng impormasyon sa mga smartphone, computer na walang mga kamay, atbp. Kung ang mga pagbabagong ito ay magiging ubiquitous, ang pamantayan ng pamumuhay ng mga taong kasalukuyang limitado sa kanilang kakayahang lumipat. Ang utak ay agad na magpapadala ng mga utos sa mga aparato, na lumalampas sa katawan, na makakatulong sa isang taong may kapansanan na mas mahusay na umangkop sa kapaligiran. Ngunit kapag sinusubukan ang neuroprosthetics, nahaharap ang mga espesyalista sa ilang problema na hindi nila mahanapan ng solusyon hanggang ngayon.
Mga kalamangan at kahinaan ng interface ng utak-computer
Sa kabila ng katotohanang maraming pakinabang sa paggamit ng NC interface, mayroon ding mga disadvantages sa paggamit nito. Ang isang kalamangan sa pag-unlad ng NCI sa medisina ay ang katotohanan na ang utak ng tao (lalo na ang cortex nito) ay napakahusay na umaangkop sa mga pagbabago, dahil sa kung saan ang mga posibilidad ng interface ng NCI ay halos walang limitasyon. Ang tanong ay nasa likod lamang ng pag-unlad at pagtuklas ng mga bagong teknolohiya. Ngunit may ilang mga problema dito.
Hindi pagkakatugma ng mga tissue ng katawan sa mga device
Una, kung papasok kaimplants sa isang invasive na paraan (sa loob ng mga tisyu), ito ay napakahirap upang makamit ang kanilang buong compatibility sa mga tisyu ng pasyente. Ang mga materyales at hibla na iyon na dapat na ganap na itanim sa organikong tissue ay ginagawa lamang.
Hindi perpektong pamamaraan kumpara sa utak
Pangalawa, ang mga electrodes ay mas simple pa rin kaysa sa mga neuron sa utak. Hindi pa nila naipapadala at natatanggap ang lahat ng impormasyon na madaling hawakan ng mga nerve cell ng utak. Samakatuwid, ang paggalaw ng mga paa ng isang malusog na tao ay mas mabilis at mas tumpak kaysa sa paggalaw ng mga neuroprostheses, at ang isang malusog na tainga ay nakikita ang mga tunog na mas malinaw at mas tama kaysa sa isang tainga na may isang implant ng cochlear. Kung alam ng ating utak kung anong impormasyon ang i-filter at kung ano ang dapat isaalang-alang bilang pangunahing, kung gayon sa mga device na may artificial intelligence ito ay ginagawa ng mga algorithm na isinulat ng tao. Hanggang sa maaari nilang kopyahin ang mga kumplikadong algorithm ng utak ng tao.
Napakaraming variable upang kontrolin
Ang ilang mga siyentipikong institusyon ay nagpaplano sa malapit na hinaharap na lumikha ng hindi isang hiwalay na neuroprosthesis ng isang binti o braso, ngunit isang buong exoskeleton para sa mga taong may cerebral palsy. Sa ganitong paraan ng prosthesis, ang exoskeleton ay dapat makatanggap ng impormasyon hindi lamang mula sa utak, kundi pati na rin mula sa spinal cord. Sa gayong aparato, na konektado sa lahat ng mahahalagang nerve endings ng katawan, ang isang tao ay maaaring tawaging isang tunay na cyborg. Ang pagsusuot ng exoskeleton ay magbibigay-daan sa isang ganap na paralisadong tao na mabawi ang kakayahang gumalaw. Ngunit ang problema ay ang pagpapatupad ng kilusan ay hindi lamang ang kinakailangan mula sa NCI. Exoskeletondapat ding isaalang-alang ang balanse, koordinasyon ng mga paggalaw, oryentasyon sa espasyo. Habang ang gawain ng sabay-sabay na pagpapatupad ng lahat ng mga utos na ito ay mahirap.
Takot ng mga tao sa bago
Ang non-invasive na paraan ng paglalagay ng implant ay epektibo sa mga kondisyon ng laboratoryo, ngunit sa ordinaryong buhay ang pamamaraang ito ay malabong matugunan ang mga inaasahan na inilagay dito. Ang contact na may tulad na koneksyon ay mahina, ito ay ginagamit pangunahin para sa pagbabasa ng mga signal. Samakatuwid, sa gamot at sa neuroprosthetics, bilang isang panuntunan, ginagamit nila ang pamamaraan ng kirurhiko ng pagpapasok ng mga electrodes sa katawan. Ngunit kakaunti ang sasang-ayon na pagsamahin ang kanilang katawan at hindi kilalang pamamaraan. Nang marinig ang tungkol sa mga terminator at cyborg mula sa mga pelikula sa Hollywood, ang mga tao ay natatakot sa pag-unlad at mga pagbabago, lalo na kapag sila ay direktang nag-aalala sa isang tao.
