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-med-fact, лучшее, самое-самое  : 

Управление мыслью — от курсора компьютера до инвалидной коляски, автомобиля и роботов…

2011/11/26    > 7725
Робот ASIMO и система управления мыслью корпорации HONDA.

В третьей обзорной статье по истории “чтения мыслей” (первая, вторая) рассказ пойдет об опытах по связыванию мозга человека, компьютера и различных устройств.

Первые эксперименты по успешному “считыванию” команд из мозга человека были проведены в самом конце 20 века. А уже меньше чем через десять лет очередное достижение в "управлении силой мысли” стало вполне привычной новостью.

С помощью различных технологий люди (в т.ч. полностью парализованные) учатся управлять компьютерными программами, инвалидными колясками, автомобилями, робо-протезами и даже автономными роботами…

Эксперименты с животными по “мысле-управлению” различными устройствами дали массу новых знаний о том, как работает мозг и какие возможности могут быть по его использованию в качестве универсального “пульта управления”. Но ближайшая задача, которая стояла и стоит перед исследователями, работающими с человеком  — это создание устройств, которыми смогут воспользоваться для полноценного взаимодействия с окружающим миром парализованные люди.

Еще в 1990 году Рой Бэкэй и Филипп Кеннеди начали свои эксперименты по “извлечению” сигналов из мозга. В 1996 году в Атланте (в Университете Эмери) они получили разрешение на проведение двух экспериментов с участием безнадежно больных людей. Первый опыт завершить не удалось — женщина, принимавшая в нем участие, вскоре скончалась. Второй же прошел успешно. В 1998 году художник и музыкант Джонни Рей (1944–2002), тяжело парализованный из-за травмы ствола головного мозга (синдром “запертого человека”), стал пионером связывания мозга и компьютера.

В его мозг был имплантирован микроэлектрод (использовались синтезированные вещества, вызывающие обрастание нервными тканями контактов микросхемы), который соединили с компьютером. Рэй должен был думать о выполнении простых движений — о поднятии руки и т.п. Нервные импульсы, соответствующие этим движениям, были запрограммированы на управление курсором на экране компьютера.

Эксперимент показал, что, в целом, человек обучался примерно также, как и обезьяны в Институте Дюка. После тренировок Рэй смог управлять курсором, набирать текст по буквам и даже генерировать музыкальные сигналы. Когда Бэкэй и Кеннеди спросили у него, что он чувствует, когда управляет курсором, он медленно написал "ничего"…

 
 

Похожие эксперименты с тех пор были повторены неоднократно, однако более массовым стало использование гораздо более дешевой и безопасной электроэнцефалографии.

Одной из первых сложных систем “мысленного” управления компьютером стал программно-аппаратный комплекс для набора текста, разработанный в 2006 году коллективом из Wadsworth Center (штат Нью-Йорк, США), под руководством Питера Бруннера.

Эта система была полностью адаптирована для домашнего применения и включала в себя шлем для снятия ЭЭГ с 24 контактами, специальный преобразователь сигналов и обычный ноутбук.

Интерфейс программы набора текста, разработанной в Wadsworth Center, которая управляется неосознанными мысленными командами.

Система, разработанная в Wadsworth Center, работала на очень простом, но эффективном принципе.

На экране компьютера отображалась таблица с символами, которые поочередно подсвечивались. Человек должен был смотреть на нужный символ, а компьютер, анализируя изменение активности мозга, фиксировал момент, когда подсвечивалась именно та буква, о которой думал человек.

 

И хотя скорость набора текста составляла примерно один символ в 15 секунд — это был прорыв, позволивший нескольким парализованным людям общаться с внешним миром. Среди них был, например, 48-летний нейробиолог, страдающий боковым амиотрофическим склерозом, который не мог двигать ни руками, ни даже глазами. Используя разработанный мозг-компьютерный интерфейс, ученый смог продолжить свою работу…

Параллельное направление, которое может помочь людям выйти из «заточения» в собственном мозге, — это опыты по непосредственному «извлечению» изображения (и статичного, и видео) из мозга человека с помощью фМРТ. Так, результаты 2008 года позволили с однозначностью распознать те буквы, которые видел перед собой человек и, если удастся тоже самое сделать с «воображаемыми» человеком образами, то перспективы открываются просто фантастические…

 
 

Уже в самом начале 2000-х были созданы несколько опытных образцов систем по управлению инвалидной коляской с помощью мозг-компьютерного интерфейса на основе ЭЭГ. Но все они обладали малой точностью распознавания и высокой временной задержкой, а ведь это очень важно — цена запаздывания и ошибки при управлении любым средством передвижения очень велика. Лишь к 2009 году удалось добиться более чем 90% вероятности правильного распознавания команд и приемлемой скорости обработки сигналов…

Одну из первых инвалидных колясок с необходимыми параметрами распознавания мысленных команд представили разработчики из компании Toyota и японского исследовательского фонда RIKEN. 

Используя обычный ЭЭГ-шлем, они так усовершенствовали алгоритмы обработки сигнала, что система стала способна работать со скоростью до 8 команд в секунду. При этом точность составляла более 95%.

Наглядно увидеть процесс управления с помощью мысли инвалидной коляской можно в видео-ролике (в нем же упоминается конкурирующая технология управления, разработанная Honda — о чем далее):

 
 
 

Однако при всех достижениях использование одной лишь электроэнцефалографии при управлении устройствами, в которых нет возможности исправить ошибку — весьма опасно. Поэтому исследователи ищут способы подстраховать системы управления мыслью. Для этого применяют системы распознавания образов, датчики расстояний и т.п.

По оригинальному пути пошли японские исследователи из Honda, Shimadzu и института ATR. Они дополнили ЭЭГ технологией “спектроскопии в ближней инфракрасной области”, которая позволяет в реальном времени фиксировать изменения в мозговом кровотоке.  Являясь в своем роде альтернативой фМРТ, эта технология относительно более компактна и более дешева.

Применяя сдвоенную технологию “чтения мысли”, японцам удалось провести весьма впечатляющую демонстрациюмысленного управления” роботом ASIMO. — Оператор смог дистанционно управлять с помощью своих мыслей любой из конечностей человекообразного робота на выбор. И хотя в первых экспериментах управление заключалось лишь в выборе одного из 4 вариантов движения конечностью, верность исполнения достигала 90%. (Увидеть как это происходило можно с 79 секунды на видео выше.)

 

 

ЭЭГ-устройство Emotiv Systems.

Между тем, с середины первого десятилетия 21 века в продажу стали поступать “домашние” (они же “игровые”) системы “чтения мысли”, а на самом деле — портативные ЭЭГ-устройства. Их стоимость не превышала 300 долларов. А некоторые игры с простейшим ЭЭГ-интерфейсом можно уже сейчас купить за 99 у.е.

Теперь любой желающий может написать программу, обрабатывающую “мысленные команды”, и управлять с её помощью каким угодно устройством.

Вот как описывает свой опыт использования популярной Emotiv Systems один из её первый “юзеров”: «…тетрис. Великий и могучий. 4 действия (вверх-вниз-вправо-влево). Запомните все. Никогда в жизни не играйте в тетрис своими мозгами. Оно затягивает и получается. Система такая – играешь как в обычный тетрис, нажимая на кнопки клавиатуры, а система в фоне учится распознавать. В какой-то момент времени оно приходит к выводу, что научилось и начинает дублировать. В этот момент начинается шоу с приколами. Особенно забавно выходит, когда ты хочешь сдвинуть фигуру в сторону, сигнал поступает от BCI, затем сигнал приходит по руке до пальца, и ты посылаешь второй сигнал, в итоге оно смещается в сторону 2 раза. Лечится снятием руки с клавиатуры и нажиманиями на пустое место»… (habrahabr.ru/blogs/gadgets/115055/)

 

Именно Emotiv Systems была использовано немецкими разработчиками для своего показательного опыта в управлении автомобилем “силой мысли”.

В своем эксперименте участники проекта BrainDriver использовали автомобиль-робот, оснащенный  десятком датчиков и системой искусственного интеллекта. Вся эта начинка должна была подстраховывать “мозговое управление” от возможных столкновений и определять, как конкретно должна реализовываться мысленная команда.  

На долю человека и, соответственно, управления мыслью в эксперименте отвели простейшие команды: поворот направо-налево, разгон и торможение. Именно их должна была распознавать доработанная Emotiv Systems и передавать в “центр управления” автомобилем.

Перед началом, как обычно, необходимо настроить систему под конкретного водителя: дать возможность программе определить, какие конкретные изменения в “мозговых волнах” человека будут отвечать за выбранные команды, а затем… можно ехать:

 
 

 
 
Метт Нэгл (Matt Nagle).
И все же, как уже говорилось, современные неинвазивные технологии имеют слишком малую “разрешающую способность”. Если речь идет о реальных задачах в реальном мире, которые необходимо решать парализованным людям, то требуется другой порядок точности и разнообразия команд, которые должны “сниматься” с мозга человека.

На сегодняшний день для “тонкого” управления устройствами с помощью мысли более перспективными предстают системы с вживленными электродами (либо непосредственно в кору головного мозга, либо расположенные на его поверхности под черепной коробкой). И хотя и здесь есть нерешенные проблемы (главная из них: 100% предохранение мозга от занесения в него инфекции), но и добиться можно много большего.

Первый опыт по управлению робо-рукой с помощью “силы мысли” был осуществлен в 2005 году группой под руководством Лея Хохберга. Пораженному тетраплегией Мэтту Нэглу был вживлен в мозг 96-контактный имплантат. Снимаемые с него сигналы позволили Мэтту совершать простейшие движения робо-рукой, управлять курсором на экране компьютера, включать свет, переключать каналы телевизора и даже играть в компьютерные игры. (Здесь можно посмотреть соответствующие видео-фрагменты.)

10 октября 2011 года Медицинская школа университета Питсбурга опубликовала сообщение об успешном завершении испытаний полноценной робо-руки, которая управлялась полностью парализованным Тимом Хеммесом. Управление осуществлялось с помощью новейшего BCI (brain-computer interface / мозг-компьютерный интерфейс); 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".

Тридцатилетний Тим Хеммес за семь лет до этого попал в аварию. Шанс на взаимодействие с внешним миром ему мог дать только роботизированный протез. И вот, решившись на участие в эксперименте, Тим смог совершать различные манипуляции, имея под своим контролем фактически только свою голову.

Опыт длился месяц. В ближайшем будущем начнется следующий этап, в котором примет участие уже пять добровольцев. При этом будут использованы более чувствительные электроды, возможно, разнесенные по двум зонам — чтобы контролировать и движение руки, и более точные движения кисти и пальцев… Вот видео-ролик, рассказывающий об уже проделанной работе:

 
 
Поделиться / сохранить у себя:
Еще интересное по теме


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


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

Прямое взаимодействие мозга и компьютера — изобретение, сравнимое по своим последствиям с созданием радио и телевидения. Миллионы людей с поражением различных участков нервной системы получают надежду на 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…

 
 
... 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.


  • sergei_sh:

    8 команд в секунду — это Ваши фантазии. В оригинале: «Commands … are processed every 125 milliseconds». Это вовсе не означает, что каждый раз может быть дана новая команда :) Погуглите немного про эту работу — будете весьма удивлены: почти ничего не найдете. Или вот http://scholar.google.com/ — даже сочетание Riken Toyota BTCC почти ничего не находит, а конкретно про пресловутое кресло — лишь никем не цитировавшаяся статья из сборника какой-то конференции.

    • One-fact.ru:

      «8 команд в секунду» — это не фантазия, а потенциал технологии.
      …С таким же успехом можно было предъявить претензию, что человеческий мозг не может выдавать команды с такой скоростью при управлении «макро-объектами», так же как и сами «макро-объекты» не могут изменять своё движение с такой частотой )…
      Из прессрелиза Тайоты: «BTCC’s new system fuses RIKEN’s blind signal separation1 and space-time-frequency filtering2 technology to allow brain-wave analysis in as little as 125 ms, as compared to several seconds required by conventional methods.»

      Если вы правы по поводу публикаций, то очень жаль, что разработка 2009 года «так и не пошла в народ». Возможно, были какие-то технические трудности, а может — финансовые… Если сможете раскопать, что у них случилось, буду благодарен…

      Вообще же, ярче любых публикаций — демонстрация на видео. Это до сих пор одно из самых эффектных использований BCI в управлении средством передвижения, что я видел…

Ваш комментарий (введите имя и E-mail):

или напишите комментарий с помощью: 

Получать комментарии к статье по RSS .



Возможна ли жизнь на Титане
Создан прототип плаща-невидимки — он способен скрывать предметы в широком спектре и при угле обзора в 60°
Россия — лидер по индексу недоверия в обществе. Его ухудшение ведет к развалу экономики и диктатуре…
Ссоры — важнейшая причина сердечной недостаточности. Но если женщину во время ссоры убивает молчание, то мужчину убивает крик…
Физические нагрузки повысили сообразительность макак в 2 раза. Для человека же есть и другие пути…
Метро Сеула превратили в гигантский виртуальный супермаркет…
Громадный шаг к нанороботам — создан электромотор из одной молекулы…
Жизнь в Солнечной системе могла разнестись с Земли одновременно с гибелью динозавров…

[наверх]