1-human-fact

Человек Психология Социология Антропология НейроФизиология

1-med-fact

Медицина Генетика Образ жизни Здоровье Болезни Суеверия …

1-sex-fact

Секс Пол Гендер Социология пола Биология пола Сексология …

1-space-fact

Космос Космонавтика Экзомиры Астрономия Астробиология …

1-tech-fact

Техника Компьютеры Роботы Гаджеты Футуризм …

Главная » 1-human-fact, 1-tech-fact, лучшее, самое-самое  : 

Мозг – компьютер: первые роботизированные интерфейсы (от обезьяны до человека)…

2011/10/24    > 7029
Робо-рука, которой научились управлять с помощью мозг-копьютерного интерфейса обезьяны в экспериментах, проводимых Питсбургским университетом.
Прямое взаимодействие мозга и компьютера — изобретение, сравнимое по своим последствиям с созданием радио и телевидения. Начавшись как медицинские исследования, опыты по извлечению информации из мозга (в том числе визуальной) уже меняют наш мир. Тысячи обездвиженных людей, людей с поражением различных участков нервной системы получают надежду на практически полноценное взаимодействие с окружающим миром. Но этого мало — связка мозг-компьютер открывает ошеломляющие перспективы в управлении механизмами, создавая новое “тело” человека… А начиналось всё, как обычно, с опытов над лабораторными крысами и обезьянами…


10 октября 2011 года Медицинская школа университета Питсбурга опубликовала сообщение об успешном завершении испытаний робо-руки, которая управлялась полностью парализованным Тимом Хеммесом.  Управление осуществлялось с помощью интерфейса мозг-компьютер (brain-computer interface - BCI); контакт с мозгом обеспечивали электроды, помещенные непосредственно на двигательную зону коры головного мозга.

Это достижение явилось прямым продолжением экспериментов с обучением обезьян управлять различными манипуляторами, используя только “силу своего мозга”. Вот наиболее показательное видео:

 

А начиналось всё в 20 веке. Наибольших успехов к концу 90х годов прошлого века добилась группа из Института Дюка в Северной Каролине (США) под руководством профессора Мигеля Николелиса. Им первым удалось записать активность большого числа нейронов с обширной области мозга  и поставить им в соответствие различные движения животных.

Первым живым существом, мозг которого удалось результативно соединить с компьютером, была лабораторная крыса. Вначале лишенную воды крысу научили нажимать лапой специальную кнопку и получать за это питье. С двигательного центра её мозга снимались показатели через 48 электродов и проводилась компьютерная обработка сигналов.

После этого кнопку отключили и стали подавать воду тогда, когда активность мозга соответствовала нажатию на кнопку. Самое же удивительное, что крыса очень быстро сообразила, что для получения воды не обязательно физически нажимать на кнопку, а достаточно об этом подумать. Именно это событие и можно считать первым опытом по управлению механизмами, используя непосредственно “силу мысли”…


128-игольчатый имплантат, используемый Мигелем Николесисом в своих опытах по связыванию мозга и компьютера.

128-игольчатый имплантат, используемый Мигелем Николесисом в своих опытах. Одной из исходных трудностей в связывании мозга и компьютера было “припаять” электрод к нейрону, ведь последний постоянно меняет своё положение. Здесь помог тефлон, который, как оказалось, “приманивает” к себе нейроны, что и позволило наладить устойчивую “мульти-нейронную запись”.

 

Уже во время самых первых опытов ученые совершили несколько научных открытий, опровергающих многие прежние представления. Например, раньше считалось, что мозг отчасти напоминает компьютерный процессор, и каждый нейрон представляет собой минимальную структурную единицу мозга, выполняя всегда одну и ту же функцию, и жестко связан с другими нейронами. Также считалось, что мозг практически не меняется со временем.

Однако простой анализ наблюдений показал, что он является едва ли не противоположностью процессору — один нейрон всегда выполняет разные действия, входит в разные цепи нейронов, постоянно меняет связи с остальными нейронами, может выполнять одно действие как самостоятельно, так и в совокупности с остальной популяцией мозга. Было доказано, что мозг меняется каждые доли секунды, каждые доли секунды он реагирует на внешнее воздействие, приспосабливается к новым условиям жизни, которые на самом деле для мозга меняются постоянно — их изменяет и малейшее воздействие на органы чувств и даже самый незначительный мыслительный процесс…

 
Мигель Николесис и ночная обезьянка – первый оператор мозг-компьютерного интерфейса.

Следующим шагом стали опыты по связыванию мозга обезьян и компьютера.  Во время экспериментов к мозгу небольших ночных обезьянок подключили до 128 электродов толщиной с половину человеческого волоса.

Первыми были опыты по управлению курсором на экране компьютера. Вначале животных научили пользоваться обычным джойстиком: при наведении курсора на светящуюся точку обезьяна получала немного сока, а ученые тем временем обрабатывали показания с датчиков. Затем джойстик отключили и управление было передано мозгу животных… Как и в случае с крысой, очень быстро обезьяны сообразили, что могут перемещать курсор только с помощью мысли без использования конечностей.

Следующей задачей стала передача команд механической руке, способной двигаться и осуществлять хватательные движения. Сигналы снятые с мозга обрабатывал компьютер, который при помощи простых математических функций моделировал на их основе движения искусственной руки робота.

На обучение животных потребовались всего два дня, в течение которых обезьяны смогли сопоставить особенности движения робо-руки с собственными двигательными импульсами. К концу обучения обезьяны научились управлять искусственной рукой практически как собственной.

В этих опытах была наглядно продемонстрирована сверхвысокая обучаемость и изменчивость  мозга.  Ученые могли каким угодно образом поменять соответствия между сигналом от мозга и движением механической руки, например, они могли инвертировать движения (движение влево станет движением вправо и наоборот) или случайно расставить их, например, чтобы вместо поднятия руки, она повернулась влево… Сразу после подобных изменений робо-рука не подчинялась мозгу обезьяны, движения не были согласованы, но вскоре мозг снова расставлял нужные соответствия. Примерно то же самое может испытать человек, если при движении компьютерной мыши вверх — курсор будет двигаться вниз и т.д.

Также была отмечена еще одна немаловажная деталь — мозг планирует все свои действия заранее: в случае с обезьяной можно было узнать о ее намерении совершить какое-либо конкретное действие за несколько десятых долей секунды до его выполнения.

И наконец, после анализа колоссального массива данных по нейроимпульсам, полученных в ходе экспериментов, стало ясно, что обезьяны воспринимали и воспринимают эти механические манипуляторы не как замену собственным конечностям, но как дополнение, как третью руку, которой они могут орудовать одновременно со своими “натуральными” руками. Таким образом, мозг продемонстрировал в буквальном смысле огромнейший потенциал к расширяемости.


«Наша гипотеза состоит в следующем: структуры мозга способны адаптироваться так, чтобы расширять возможности организма и использовать искусственные манипуляционные дополнения без потери функциональности [обычных конечностей]... В зависимости от цели, животное может использовать и свою руку, и механический манипулятор, а иногда — и то, и другое», — заявил по результатам эксперимента доктор Мигель Николелис.

По его словам, результаты их опытов доказывают теорию, которая в научных кругах считалась весьма сомнительной: что мозг высших приматов, включая человека, способен подстраиваться под использование искусственного инструментария вне зависимости от того, контролируются ли они мозгом напрямую, или с помощью каких-то дополнительных приспособлений. Это касается и механического манипулятора, это касается компьютерной клавиатуры и теннисной ракетки — всего, чего угодно. Все эти инструменты внедряются в наше нейронное "пространство" и воспринимаются мозгом фактически как часть организма.

«Немногие исследователи демонстрировали готовность постулировать такой выдающийся потенциал мозга к адаптации...», - подчеркивает Николелис. Долгое время считалось, что нашей способностью обучаться использованию искусственных инструментов, изготавливать их самостоятельно, а также самими творческими способностями мы обязаны коре фронтовой доли мозга, и что это характерно только для мозга человека.

«Мы предполагаем, что на самом деле способность "встраивать" новые инструменты в саму структуру мозга является фундаментальной особенностью высших приматов», - говорит Николелис. По его мнению, способность воспринимать инструменты как часть самого себя лежит в области самосознания и человека, и (как минимум) других высших приматов.

Одежда, предметы быта, рабочие или музыкальные инструменты, — всё это люди ощущают как часть самих себя. И это не просто ощущение, а “нейронная реальность” нашего мозга….

***

Опираясь на пластичность мозга, исследователи уже приступили к следующей ключевой задаче в создании эффективных мозго-компьютерных интерфейсов: осуществить обратную связь — непосредственно передать в мозг информацию от компьютера или роботизированного протеза.

Полноценная обратная связь — одна из главнейших особенностей “интерфейса”, связывающего наше тело с мозгом. Мозг не только отдает команды на выполнение какой-либо задачи (в таком случае он просто не знал бы, совершила ли, например, рука какое-либо действие и совершила ли она его правильно) — мозг получает огромное количество информации о состоянии организма и положении частей тела друг относительно друга и об их контактах с окружающими предметами. Попытаться воссоздать всё это в искусственных системах мозг-компьютер — такова задача…

Здесь также одно из первых достижений принадлежит исследователям из Института Дюка.

В их последнем эксперименте обезьяны должны были управлять виртуальной рукой на экране компьютера. Управление осуществлялось как с помощью джойстика, так и через уже опробованные имплантаты в моторных участках коры головного мозга. Но в дополнении к этому в мозг обезьян были введены электроды в зоны, ответственные за восприятие тактильной информации.

С помощью этих электродов в мозг подавались различные сигналы, которые соответствовали сигналам, производимым мозгом, когда обезьяны ощупывали предметы определенной текстуры.

В ходе эксперимента обезьяну удалось обучить выбирать виртуальной рукой кружок определенной “текстуры”, т.е. тот кружок, при наведении на который в мозг обезьяны посылался определенный набор импульсов

Причем вначале она управляла своей третьей рукой с помощью джойстика, а затем эксперимент перешел в полностью “нейро-виртуальное” измерение. И управление, и тактильная информация были завязаны на мозг — сигналы передавались между нейронами головного мозга и компьютером непосредственно и в обе стороны. Зрение обезьяной использовалось лишь для того, чтобы перевести виртуальную руку с одной мишени (варианта ответа) на другую:

 
 

Эксперименты с животными открыли новые горизонты в нашем понимании того, как работает наш мозг и какие возможности могут у нас быть по его использованию. Но ближайшая задача — это создание полноценного способа взаимодействия с окружающим миром для парализованных людей.  Эксперименты в построении мозг-компьютерного интерфейса для человека начались почти одновременно с опытами с животными.
Но об этом в следующей статье (в ней мы в т.ч. подробно опишем событие 2011 года — успешное тестирование в университете Питсбурга “руки робота”, которой управлял полностью парализованным Тим Хеммес).

Поделиться / сохранить у себя:
Еще интересное по теме


ТЕМЫ: Возможности человека Мозг Нейробиология Технологии Человек BCI Компьютеры Чтение мыслей Управление силой мыслей


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:
 
... Управление мыслью — от курсора компьютера до инвалидной коляски, автомобиля и роботов…
 
 
... Mindflex Duel Game — игрушка за $99, которая учит «передвигать предметы силой мысли»…
 
 
... Чтение мыслей — история и технология прорыва…
 
 

Интересно? Подпишитесь на анонсы новых статей    , получайте анонсы через RSS RSS  или следите за обновлениями в ленте Facebook и ВКонтакте:




Ваше мнение важно!  Оставьте свой комментарий с помощью аккаунта «ВКонтакте» или воспользуйтесь формой ниже.


  • ридер:

    Привет вам киборги!
    …главное чтобы не затоптали бедное олдскульное человечество…

  • Ничего хорошего о сих исследованиях материалистов сказать не могу, потому что метафизик. Могут материалисты затоптать человечество. Они имеют незначительные аналитические способности и многое не различают. Нейронно-синаптическая сеть человека отличается от сети животного структурно. Когда-то было известно, что человек сотворённый имеет сознание:»разум есть наименование, данное совокупности состояний сознания, сгруппированных под определительными — мысль, воля, чувства»; сему определению много-много тысячелетий. Сознание сотворённого человека содержит методы анализа: ассоциативность, абстрактность и контекстность. Ассоциативнсть — единственный регулятор сознания и фактор, свидетельствующий о полноте сознания. Человек и общество имеют одну ассоциацию — с Творцом Вселенной. Ассоциативнсть трансцендентальна. Материалисты в сию нашу ассоциацию не входят, потому что созданы как искусственные существа. Животное можно много чему научить, но это не значит, что оное способно иметь образование. Материалисты человека считают животным и его учат. Проблем в России от сего обучения возникло уже много. Умного учить, что здорового лечить. Только образование придаёт государственным структурам системность. Россия поддерживает цивилизационное состояние
    усилиями отдельных людей. Структурное нейронно-синаптическое отличие материалистов от нормальных сотворённых людей обуславливает взаимодействие нейронно-синаптической сети с информацией. Сие отличие давно охарактеризовано речевыми оборотами — хоть кол на голове теши, дошло, бестолковка (соображалка) не работает. России необходимы метафизические учебники. Добро пожаловать в метафизику.

    forlaiten.livejournal.com/2011/10/13/

Ваш комментарий (введите имя и E-mail):

или напишите комментарий с помощью: 

Получать комментарии к статье по RSS .



ИХ пересчитали — число цивилизаций в нашей Галактике может колебаться от 361 до 37 964
Генетические механизмы боли — обнаружены гены, ответственные за порог болевой чувствительности
На степень сексуальности одежды женщины влияет овуляция
«Развивающие игры» не повышают показатели IQ взрослого человека
Разработан управляемый имплантант позвоночника, который может блокировать боль…
Физические нагрузки повысили сообразительность макак в 2 раза. Для человека же есть и другие пути…
В ДНК человека обнаружены вирусы, спящие миллионы лет. Среди них есть и смертельно опасные, и трансформирующие мозг…
Недоверие в отношениях — результат опыта, доверие же — проявление врожденных качеств человека...

[наверх]