בהדרגה, הרבה דברים חדשים נכנסים לחיינו. התפתחות הטכנולוגיה לא עומדת מלכת, ומחר אולי יתכן מה שאתמול לא העזנו לחלום עליו. ממשק הנוירו-מחשב (NCI) הופך את הקשר בין המוח האנושי לטכנולוגיה, האינטראקציה החלקית ביניהם.
מה זה NCI?
NCI היא מערכת להחלפת מידע בין המוח האנושי למכשיר אלקטרוני. ההחלפה יכולה להיות דו כיוונית, כאשר דחפים חשמליים מגיעים מהמכשיר למוח ולהיפך, או חד כיוונית, כאשר רק אובייקט אחד מקבל מידע. במילים פשוטות יותר, NCI הוא מה שנקרא "ניהול כוח המחשבה". תגלית חשובה מאוד, שכבר נמצאת בשימוש נרחב בתחומי חיים רבים.
איך NCI עובד?
הנוירונים של המוח מעבירים מידע זה לזה באמצעות דחפים חשמליים. זוהי רשת מאוד מורכבת ומסובכת שמדענים אינם יכולים עדיין לנתח אותה במלואה. אבל בעזרת NCI, ניתן היה לקרוא חלק מהמידע של דחפים מוחיים ולהעבירו למכשירים אלקטרוניים. הם, בתורם, יכולים לשנותדחפים לפעולה.
היסטוריה של לימודי NCI
ראוי לציין שעבודותיו של המדען הרוסי IP Pavlov על רפלקסים מותנים הפכו לבסיס לפיתוח ממשק ה-NC. תפקיד חשוב במחקר של NCI שיחק גם על ידי עבודתו שלו על התפקיד הרגולטורי של קליפת המוח. המחקר של IP Pavlov התרחש בתחילת המאה העשרים במכון לרפואה ניסויית בסנט פטרבורג. מאוחר יותר, רעיונותיו של פבלוב בכיוון ממשק ה-NC פותחו על ידי הפיזיולוגית הסובייטית P. K. Anokhin והנוירופיזיולוגית הסובייטית והרוסית N. P. Bekhtereva. המחקר העולמי של NCI החל רק בשנות ה-70 בארצות הברית. נערכו ניסויים בקופים, חולדות ובעלי חיים אחרים. במהלך המחקר, מדענים שעבדו עם קופים ניסויים גילו שאזורים מסוימים במוח אחראים לתנועות הגפיים שלהם. מאז גילוי זה נחרץ גורלה של NCI.
אלקטרואנצפלוגרפיה (EEG)
אלקטרואנצפלוגרפיה היא שיטה לקריאת הדחפים האלקטרוניים של המוח על ידי הצמדת אלקטרודות לא פולשניות לראשו של אדם. שיטה לא פולשנית היא שיטה שבה מחברים אלקטרודות לראש של אדם או חיה, ללא החדרה ישירה לקליפת המוח. שיטת ה-EEG הופיעה לפני זמן רב יחסית ותרמה תרומה רבה לפיתוח ממשק המוח-מחשב. שיטת ה-EEG משמשת עד היום כי היא זולה ויעילה.
שלבים של NCI
מידע המגיע מהמוח האנושי מעובדמכשיר אלקטרוני בארבעה שלבים:
- קבל אות.
- טיפול מקדים.
- פרשנות וסיווג נתונים.
- פלט נתונים.
שלב ראשון
בשלב הראשון, אלקטרודות מוחדרות ישירות לקליפת המוח (שיטה פולשנית) או מחוברות למשטח הראש (שיטה לא פולשנית). מתחיל תהליך קריאת מידע מתאי המוח. האלקטרודות אוספות נתונים ממערכות בודדות של נוירונים האחראיות לפעולות שונות.
טיפול מוקדם
בשלב השני של ממשק המוח-מחשב, האותות המתקבלים מעובדים מראש. המכשיר מחלץ מאפייני אותות כדי לפשט את ההרכב המורכב של הנתונים, לנכות מידע מיותר ורעש שמפריע לאותות מוח ברורים.
שלב שלישי
בשלב השלישי של ממשק NDT, מידע מתפרש מדחפים חשמליים לקוד דיגיטלי. זה מציין פעולה, אות שהמוח נתן לה. הקודים המתקבלים מסווגים לאחר מכן.
פלט נתונים
פלט המידע מתרחש בשלב הרביעי. הנתונים הדיגיטליים מופקים למכשיר המחובר למוח, אשר מבצע פקודה נתונה נפשית.
Neuroprothetics
אחד מתחומי היישום העיקריים של ממשק המוח הוא הרפואה. תותבות עצביות נועדו לשחזר את הקשר בין המוח האנושי לפעולת איבריו, להחליף איברים שנפגעו ממחלה או פציעה, עם שיקום לאחר מכן של תפקודי גוף בריא. NCI יכול להיות טוב במיוחד עבור אנשים עם שיתוק או אובדן גפיים. בשימוש בתותבות עצביות, נעשה שימוש בעקרון הפעולה של ממשק המוח-מחשב. במילים פשוטות מאוד, אדם מצויד בזרועות או רגליים תותבות, שמהן מובילים שתלים אלקטרוניים לאזור המוח האחראי לתנועת איבר זה. נוירופרוסטטיקה עברה בדיקות רבות, אך הקושי בשימוש ההמוני שלה טמון בעובדה שה-NCI אינו יכול לקרוא במלואו את אותות המוח, והשליטה על התותבות בחיי היומיום מחוץ למעבדה היא קשה. לפני כמה שנים רוסיה רצתה להקים ייצור של תותבות עצביות, אך עד כה זה לא יושם.
תותבות שמיעה
אם גפיים תותבות עדיין לא הופיעו בשוק ההמוני, אז נעשה שימוש בשתל השבלול (תותב המסייע בשיקום השמיעה) כבר זמן רב. כדי לקבלו, על המטופל להיות בעל מידה בולטת של אובדן שמיעה חושי-עצבי (כלומר, אובדן שמיעה כזה שבו נפגעת יכולתו של מכשיר השמיעה לקלוט ולנתח צלילים). שיקום שמיעה עם שתל שבלול משמש כאשר מכשיר שמיעה קונבנציונלי אינו נותן את התוצאות הצפויות. השתל מושתל במכשיר האוזן ובחלקו הסמוך של הראש כתוצאה מניתוח כירורגי. כמו כל ממשק מוח-מכונה אחר, שתל שבלול חייב להתאים לחלוטין ללובש אותו. כדי ללמוד כיצד להשתמש בו ולהתחיל לתפוס את השתל כאוזן חדשה, המטופל צריך לעבור מהלך ארוך של שיקום.
Future of NCI
לאחרונה, אתה יכול לשמוע ולקרוא על בינה מלאכותית בכל מקום. המשמעות היא שחלומם של אנשים רבים מתגשם - בקרוב המוח שלנו ייכנס לסימביוזה עם הטכנולוגיה. ללא ספק, זה יהיה עידן חדש בהתפתחות האנושות. רמה חדשה של ידע והזדמנויות. הודות לממשק המוח-מחשב, יופיעו מספר רב של תגליות חדשות וחשובות בתחומי מדע רבים. בנוסף לשימוש למטרות רפואיות, NCI כבר יכולה לחבר את המשתמש למכשירי מציאות מדומה. כמו עכבר מחשב וירטואלי, מקלדת, דמויות במשחקי מציאות מדומה וכו'.
ניהול ללא ידיים
המשימה העיקרית של ממשק הנוירו-מחשב היא למצוא את האפשרות לשלוט בציוד ללא עזרת שרירים. גילויים בתחום זה יעניקו לאנשים עם שיתוק הזדמנויות רבות יותר בתנועה, נהיגה וגאדג'טים. כבר עכשיו NCI משלבת בצורה חלקה בין המוח האנושי לבין בינה מלאכותית של מחשב. זה התאפשר הודות למחקר מעמיק של עקרונות המוח האנושי. על בסיסם נערכים תוכניות שעליהן פועלות NCI ובינה מלאכותית.
NTI ברובוטיקה
מאז שמדענים גילו שאזורים מסוימים במוח אחראים לתנועת שרירים, מיד עלה בדעתם שהמוח האנושי יכול לשלוט לא רק בגופו שלו, אלא גם לשלוט במכונה דמוית אדם. מכונות רובוטיות רבות ושונות נוצרות כעת. כולל דמויי אדם. רובוטיסטים שואפים בעבודותיהם האנושיותלחקות את ההתנהגות של אנשים אמיתיים. אבל עד כה, תכנות ובינה מלאכותית מתמודדים עם המשימה הזו קצת יותר גרוע מ-NCI. באמצעות ממשק NC, ניתן לשלוט בגפיים רובוטיות ממרחק. למשל, במקומות שבהם גישה אנושית בלתי אפשרית. או בעבודות הדורשות דיוק תכשיטים.
NCI עבור שיתוק
ללא ספק, המבוקש ביותר הוא ממשק המוח-מחשב ברפואה. שליטה בזרועות תותבות, רגליים, שליטה בכיסא גלגלים עם המוח, ניהול מידע בסמארטפונים, מחשבים ללא ידיים וכו'. אם החידושים הללו יהיו בכל מקום, תשתפר רמת החיים של אנשים המוגבלים כיום ביכולת התנועה שלהם. המוח ישדר מיד פקודות למכשירים, עוקף את הגוף, מה שיעזור לאדם עם מוגבלות להסתגל טוב יותר לסביבה. אבל כאשר מנסים נוירופרוסטזה, מומחים מתמודדים עם כמה בעיות שהם לא יכולים למצוא פתרונות עד היום.
היתרונות והחסרונות של ממשק המוח-מחשב
למרות שיש הרבה יתרונות לשימוש בממשק NC, יש גם חסרונות בשימוש בו. יתרון בפיתוח ה-NCI ברפואה הוא העובדה שהמוח האנושי (בעיקר קליפת המוח שלו) מסתגל בצורה טובה מאוד לשינויים, שבגללם האפשרויות של ממשק ה-NCI הן כמעט בלתי מוגבלות. השאלה היא רק מאחורי הפיתוח והגילוי של טכנולוגיות חדשות. אבל יש כאן כמה בעיות.
אי התאמה של רקמות הגוף למכשירים
ראשית, אם תיכנסמשתלים בצורה פולשנית (בתוך הרקמות), קשה מאוד להגיע להתאמה מלאה שלהם לרקמות המטופל. החומרים והסיבים האלה שחייבים להשתיל במלואם ברקמה אורגנית נוצרים רק.
טכניקה לא מושלמת בהשוואה למוח
שנית, אלקטרודות הן עדיין הרבה יותר פשוטות מנוירונים במוח. הם עדיין לא מסוגלים להעביר ולקבל את כל המידע שתאי העצב של המוח יכולים להתמודד איתו בקלות. לכן, תנועת הגפיים של אדם בריא הרבה יותר מהירה ומדויקת מתנועת נוירופרוטזות, ואוזן בריאה קולטת צלילים בצורה ברורה ונכונה יותר מאוזן עם שתל שבלול. אם המוח שלנו יודע איזה מידע לסנן ומה לשקול כעיקרי, אז במכשירים עם בינה מלאכותית זה נעשה על ידי אלגוריתמים שנכתבו על ידי אדם. עד שהם יכולים לשכפל את האלגוריתמים המורכבים של המוח האנושי.
משתנים רבים מדי לשליטה
כמה מכונים מדעיים מתכננים בעתיד הקרוב ליצור לא תותבת עצבית נפרדת של רגל או זרוע, אלא שלד חיצוני שלם עבור אנשים עם שיתוק מוחין. עם צורה זו של תותב, השלד החיצוני חייב לקבל מידע לא רק מהמוח, אלא גם מחוט השדרה. עם מכשיר כזה, המחובר לכל קצות העצבים החשובים של הגוף, אדם יכול להיקרא סייבורג אמיתי. לבישת שלד חיצוני יאפשר לאדם משותק לחלוטין להחזיר לעצמו את יכולת התנועה. אבל הבעיה היא שיישום התנועה הוא לא כל מה שנדרש מה-NCI. שלד חיצוניחייב לקחת בחשבון גם שיווי משקל, תיאום תנועות, התמצאות במרחב. אמנם המשימה של יישום בו-זמנית של כל הפקודות הללו היא קשה.
פחד של אנשים מהחדש
השיטה הלא פולשנית של התקנת שתלים יעילה בתנאי מעבדה, אבל בחיים הרגילים לא סביר ששיטה זו תעמוד בציפיות המונחות ממנה. המגע עם חיבור כזה חלש, הוא משמש בעיקר לקריאת אותות. לכן, ברפואה ובנוירופרוסטטיקה, ככלל, הם משתמשים בשיטה הכירורגית של החדרת אלקטרודות לגוף. אבל מעטים האנשים שיסכימו לשלב את גופם וטכניקה לא ידועה. לאחר ששמעו על הטרמינטורים והסייבורגים מסרטים הוליוודיים, אנשים חוששים מהתקדמות וחידושים, במיוחד כשהם נוגעים ישירות לאדם.
