Pikkuhiljaa elämäämme tulee monia uusia asioita. Teknologian kehitys ei pysähdy, ja huomenna voi olla mahdollista, mitä emme eilen usk altaneet haaveilla. Neurotietokonerajapinta (NCI) tekee todellisen yhteyden ihmisaivojen ja teknologian välillä, niiden osittaisen vuorovaikutuksen.
Mikä on NCI?
NCI on järjestelmä tiedonvaihtoon ihmisaivojen ja elektronisen laitteen välillä. Vaihto voi olla kaksisuuntaista, kun sähköimpulssit tulevat laitteesta aivoihin ja päinvastoin, tai yksisuuntaista, kun vain yksi kohde vastaanottaa tietoa. Yksinkertaisemmin sanottuna NCI on niin sanottu "ajattelun voiman hallinta". Erittäin tärkeä löytö, jota käytetään jo laajasti monilla elämänalueilla.
Kuinka NCI toimii?
Aivojen neuronit välittävät tietoa toisilleen sähköimpulsseilla. Tämä on erittäin monimutkainen ja monimutkainen verkosto, jota tutkijat eivät vielä pysty täysin analysoimaan. Mutta NCI:n avulla tuli mahdolliseksi lukea osa aivoimpulssien tiedoista ja siirtää se elektronisiin laitteisiin. Ne puolestaan voivat muuttuaimpulsseja toimintaan.
NCI:n opiskeluhistoria
On huomionarvoista, että venäläisen tiedemiehen IP Pavlovin töistä ehdollisista reflekseistä tuli perusta NC-rajapinnan kehittämiselle. Tärkeä rooli NCI:n tutkimuksessa oli myös hänen omalla työllään aivokuoren säätelyroolista. IP Pavlovin tutkimus tapahtui 1900-luvun alussa Pietarissa Institute of Experimental Medicine -instituutissa. Myöhemmin Neuvostoliiton fysiologi P. K. Anokhin ja Neuvostoliiton ja Venäjän neurofysiologi N. P. Bekhtereva kehittivät Pavlovin ajatuksia NC-rajapinnan suunnasta. Globaali NCI-tutkimus alkoi vasta 1970-luvulla Yhdysvalloissa. Kokeita suoritettiin apinoilla, rotilla ja muilla eläimillä. Tutkimuksen aikana kokeellisten apinoiden kanssa työskentelevät tutkijat havaitsivat, että tietyt aivojen alueet ovat vastuussa heidän raajojensa liikkeistä. Tämän löydön jälkeen NCI:n myöhempi kohtalo on sinetöity.
Elektroenkefalografia (EEG)
Elektroenkefalografia on menetelmä aivojen elektronisten impulssien lukemiseksi kiinnittämällä ei-invasiivisesti elektrodeja ihmisen päähän. Ei-invasiivinen menetelmä on menetelmä, jossa elektrodit kiinnitetään ihmisen tai eläimen päähän ilman, että ne asetetaan suoraan aivokuoreen. EEG-menetelmä ilmestyi suhteellisen kauan sitten ja antoi suuren panoksen aivojen ja tietokoneiden välisen rajapinnan kehitykseen. EEG-menetelmää käytetään edelleen, koska se on edullinen ja tehokas.
NCI:n vaiheet
Ihmisen aivoista tulevaa tietoa käsitelläänelektroninen laite neljässä vaiheessa:
- Vastaanota signaali.
- Esihoito.
- Tietojen tulkinta ja luokittelu.
- Tietojen ulostulo.
Ensimmäinen vaihe
Ensimmäisessä vaiheessa elektrodit joko asetetaan suoraan aivokuoreen (invasiivinen menetelmä) tai kiinnitetään pään pintaan (ei-invasiivinen menetelmä). Tietojen lukeminen aivosoluista alkaa. Elektrodit keräävät tietoa yksittäisistä hermosoluista, jotka vastaavat erilaisista toiminnoista.
Esihoito
Aivojen ja tietokoneiden välisen rajapinnan toisessa vaiheessa vastaanotetut signaalit esikäsitellään. Laite poimii signaalin ominaisuuksia yksinkertaistaakseen tietojen monimutkaista koostumusta, karsiakseen pois tarpeettomat tiedot ja melun, joka häiritsee selkeitä aivosignaaleja.
Kolmas vaihe
NDT-liitännän kolmannessa vaiheessa informaatio tulkitaan sähköimpulsseista digitaaliseksi koodiksi. Se tarkoittaa toimintaa, signaalia, jonka aivot antoivat. Tuloksena saadut koodit luokitellaan.
Tietojen ulostulo
Tietotulostus tapahtuu neljännessä vaiheessa. Digitalisoitu data lähetetään aivoihin kytkettyyn laitteeseen, joka suorittaa henkisesti annetun komennon.
Neuroprotetiikka
Yksi aivorajapinnan toteuttamisen pääalueista on lääketiede. Hermoproteesit on suunniteltu palauttamaan yhteys ihmisaivojen ja sen elinten toiminnan välille, korvaamaan sairauden tai vamman vaurioittamia elimiä ja palauttamaan myöhemmin terveen kehon toiminta. NCI voi olla erityisen hyvä ihmisille, joilla on halvaus tai raajojen menetys. Hermoproteesien käytössä käytetään aivo-tietokone-rajapinnan toimintaperiaatetta. Yksinkertaisesti sanottuna henkilölle asennetaan proteesit käsivarret tai jalat, joista elektroniset implantit johtavat tämän raajan liikkeestä vastaavalle aivoalueelle. Neuroprotetiikka on läpäissyt monia testejä, mutta sen massakäytön vaikeus piilee siinä, että NCI ei pysty täysin lukemaan aivosignaaleja ja proteesien hallinta arkielämässä laboratorion ulkopuolella on vaikeaa. Muutama vuosi sitten Venäjä halusi aloittaa neuroproteesien tuotannon, mutta toistaiseksi sitä ei ole toteutettu.
Kuuloproteesit
Jos raajojen proteesit eivät ole vielä tulleet massamarkkinoille, niin sisäkorvaimplantti (proteesi, joka auttaa palauttamaan kuulon) on ollut käytössä jo pitkään. Sen vastaanottamiseksi potilaalla on oltava voimakas sensorineuraalinen kuulonalenema (eli sellainen kuulonalenema, jossa kuulokojeen kyky vastaanottaa ja analysoida ääniä on heikentynyt). Kuulonpalautusta sisäkorvaimplantilla käytetään silloin, kun perinteinen kuulokoje ei tuota odotettua tulosta. Implantti istutetaan korvalaitteeseen ja pään viereiseen osaan kirurgisen leikkauksen seurauksena. Kuten minkä tahansa muun aivojen ja koneen välisen rajapinnan, sisäkorvaistutteen on sopia käyttäjälleen täysin. Jotta potilas oppii käyttämään sitä ja alkaa näkemään implantin uutena korvana, hänen on käytävä läpi pitkä kuntoutuskurssi.
NCI:n tulevaisuus
Viime aikoina voit kuulla ja lukea tekoälystä kaikkialla. Tämä tarkoittaa, että monien ihmisten unelma on toteutumassa - pian aivomme tulevat symbioosiin tekniikan kanssa. Epäilemättä tämä on uusi aikakausi ihmiskunnan kehityksessä. Uusi tiedon taso ja mahdollisuudet. Aivojen ja tietokoneiden välisen käyttöliittymän ansiosta monia uusia ja tärkeitä löytöjä syntyy monilla tieteen aloilla. Sen lisäksi, että sitä käytetään lääketieteellisiin tarkoituksiin, NCI voi jo yhdistää käyttäjän virtuaalitodellisuuslaitteisiin. Kuten virtuaalinen tietokoneen hiiri, näppäimistö, virtuaalitodellisuuspelien hahmot jne.
Hallinta ilman käsiä
Neurotietokoneen käyttöliittymän päätehtävänä on löytää mahdollisuus ohjata laitteita ilman lihasten apua. Tämän alueen löydöt antavat halvaantuneille ihmisille enemmän mahdollisuuksia liikkumiseen, ajamiseen ja vempaimiin. Jo nyt NCI yhdistää saumattomasti ihmisen aivot ja tietokoneen tekoälyn. Tämä tuli mahdolliseksi ihmisen aivojen periaatteiden syvällisen tutkimuksen ansiosta. Niiden pohj alta kootaan ohjelmia, joilla NCI ja tekoäly toimivat.
NTI robotiikassa
Koska tiedemiehet havaitsivat, että tietyt aivojen alueet ovat vastuussa lihasten liikkeestä, he saivat heti idean, että ihmisaivot voivat hallita paitsi omaa kehoaan myös humanoidikonetta. Nyt luodaan monia erilaisia robottikoneita. Humanoidit mukaan lukien. Robootikot pyrkivät humanoiditöihinsäjäljitellä oikeiden ihmisten käyttäytymistä. Mutta toistaiseksi ohjelmointi ja tekoäly selviytyvät tästä tehtävästä hieman huonommin kuin NCI. NC-liitännän avulla voit ohjata robottiraajoja etäältä. Esimerkiksi paikoissa, joihin ihmisten pääsy on mahdotonta. Tai töissä, jotka vaativat korujen tarkkuutta.
NCI halvaukseen
Epäilemättä kysytyin on lääketieteen aivo-tietokone-liitäntä. Käsivarsien, jalkojen proteesin hallinta, pyörätuolin ohjaaminen mielelläsi, tiedon hallinta älypuhelimissa, tietokoneissa ilman käsiä jne. Jos nämä innovaatiot yleistyvät, tällä hetkellä liikkumisrajoitteisten ihmisten elintaso paranee. Aivot välittävät välittömästi käskyjä laitteille ohittaen kehon, mikä auttaa vammaista sopeutumaan paremmin ympäristöön. Mutta yrittäessään neuroproteesia asiantuntijat kohtaavat ongelmia, joihin he eivät vielä tänä päivänä löydä ratkaisua.
Aivojen ja tietokoneiden välisen käyttöliittymän hyvät ja huonot puolet
Huolimatta siitä, että NC-liitännän käytössä on monia etuja, sen käytössä on myös haittoja. Lääketieteessä NCI:n kehittämisessä etuna on se, että ihmisen aivot (erityisesti sen aivokuori) mukautuvat erittäin hyvin muutoksiin, minkä vuoksi NCI-rajapinnan mahdollisuudet ovat lähes rajattomat. Kysymys on vain uusien teknologioiden kehittämisen ja löytämisen takana. Mutta tässä on joitain ongelmia.
Kehon kudosten yhteensopimattomuus laitteiden kanssa
Ensin, jos syötätimplanttien invasiivisella tavalla (kudosten sisällä), on erittäin vaikeaa saavuttaa täydellinen yhteensopivuus potilaan kudosten kanssa. Niitä materiaaleja ja kuituja, jotka on istutettava kokonaan orgaaniseen kudokseen, ollaan vasta luomassa.
Epätäydellinen tekniikka aivoihin verrattuna
Toiseksi elektrodit ovat edelleen paljon yksinkertaisempia kuin aivojen neuronit. He eivät vielä pysty välittämään ja vastaanottamaan kaikkea tietoa, jota aivojen hermosolut voivat käsitellä helposti. Siksi terveen ihmisen raajojen liike on paljon nopeampaa ja tarkempaa kuin neuroproteesien liike, ja terve korva havaitsee äänet selkeämmin ja oikein kuin korva, jossa on sisäkorvaistute. Jos aivomme tietävät, mitä tietoa suodattaa ja mitä pitää pääasiallisena, niin tekoälyllä varustetuissa laitteissa tämä tapahtuu ihmisen kirjoittamilla algoritmeilla. Kunnes he voivat toistaa ihmisaivojen monimutkaiset algoritmit.
Liian monta muuttujaa ohjattavaksi
Jotkut tieteelliset laitokset suunnittelevat lähitulevaisuudessa luovansa ei erillistä jalan tai käsivarren neuroproteesia, vaan kokonaisen eksoskeleton ihmisille, joilla on aivohalvaus. Tällä proteesimuodolla eksoskeleton on saatava tietoa paitsi aivoista, myös selkäytimestä. Tällaisella laitteella, joka on kytketty kaikkiin kehon tärkeisiin hermopäätteisiin, henkilöä voidaan kutsua todelliseksi kyborgiksi. Exoskeletonin käyttäminen mahdollistaa täysin halvaantuneen henkilön liikkumiskyvyn palauttamisen. Mutta ongelmana on, että liikkeen toteuttaminen ei ole kaikki, mitä NCI:ltä vaaditaan. Eksoskeletonon myös otettava huomioon tasapaino, liikkeiden koordinaatio, avaruudessa suuntautuminen. Vaikka kaikkien näiden komentojen samanaikainen toteuttaminen on vaikeaa.
Ihmisten pelko uudesta
Ei-invasiivinen implantin asettamismenetelmä on tehokas laboratorio-olosuhteissa, mutta tavallisessa elämässä tämä menetelmä ei todennäköisesti täytä sille asetettuja odotuksia. Kosketus tällaisen yhteyden kanssa on heikko, sitä käytetään pääasiassa signaalien lukemiseen. Siksi lääketieteessä ja neuroproteesissa he käyttävät yleensä kirurgista menetelmää elektrodien viemiseksi kehoon. Mutta harvat ihmiset suostuvat yhdistämään kehonsa ja tuntemattoman tekniikan. Hollywood-elokuvien terminaattoreista ja kyborgeista kuultuaan ihmiset pelkäävät edistystä ja innovaatioita, varsinkin kun ne koskevat henkilöä suoraan.
