Управление компьютером мыслью. Ученые представили систему для полного управления компьютером силой мысли

Несмотря на то, что управление устройствами силой мысли не является конечной целью таких устройств, как Muse, в силах диадемы - показать вам, что происходит внутри вашей головы.

«Технология просто бесподобна», - говорит Гартен. - «Одна из самых желанных вещей для людей - усилить их мысленные способности, чтобы показывать действительно выдающиеся результаты везде — на работе и дома. Над этим стоит работать».

Muse - всего лишь одно из несколько устройств на растущем рынке BCI-ориентированных штук. Кошачьи ушки Brainwave Cat Ears от Necomimi (70 долларов) шевелятся, когда «шевелятся» ваши мозги. А на выставке CES 2013 невролог и бывший инженер-программист Руджеро Скорциони выиграл Хакатон от AT&T с приложением Goog Times, которое позволяло сбрасывать телефонный звонок, пока вы заняты, с помощью этих самых ушек.

«Я полагаю, что это лишь одна из потенциальных технологий управления силой мысли», - заявил Скорциони. - «Все они станут неотъемлемой частью нашей жизни, и возможно когда-нибудь мы будем полностью зависеть от них».

Good Times сообщается с Brainwave Cat Ears, читая уровень активности вашего мозга. iOS-приложение использует эти показатели, чтобы решить, стоит ли принять звонок или отправить абонента звонить позже.

«Если вы психически заняты, сигнал не станет выше», - говорит Скорциони. - «Он просто изменит тип электрической активности. Вопрос не в выявлении порога, а в анализе данных и фиксировании момента, когда мозг загружен под завязку».

Как Muse, так и Good Times позволяют вам работать со смартфоном на базовом уровне, но не позволяют выполнять более сложные и комплексные задачи. Вы пока не можете опубликовать что-либо в Twitter, просто подумав об этом, или управлять персонажем игры, отдавая команды силой мысли.

«Как правило, Muse работает с вещами, которые цикличны по своей сути и могут повторяться туда-сюда».

За пределами прикосновения

Хотя исследования BCI продолжаются, остается непонятным, действительно ли они обещают полностью бесконтактное мобильное управление: технология BCI не может на самом деле обрабатывать и интерпретировать ваши мысли, а лишь измеряет электрическую активность, происходящую в вашей голове.

«BCI не читает мысли», - говорит Хасан Аяз, научный сотрудник сферы биомедицинской инженерии в Университете Дрексель в Филадельфии. - «Это просто захват того, чем увлечен пользователь. Оно не вмешивается в индивидуальное мышление, что очень хорошо для частной безопасности».

Сегодня BCI используется в основном в клинических целях, чтобы помочь пользователям с ограниченными физическими возможностями, мышечными расстройствами и тем, кто не может в полной мере использовать свои конечности. Как говорит Аяз, исследования BCI начались еще 23 года назад, а их целью должно было упрощение коммуникации клинических больных.

«Несмотря на то, что BCI находится на ранней стадии своего развития и постоянно дорабатывается, она является единственным вариантом для некоторых», - говорит Аяз. - «Целевая аудитория представлена, по большей части, клиническими пациентами, поэтому все, что может улучшить их взаимодействие с окружающим миром, важно и полезно».

Это именно тот принцип создания новых путей взаимодействия с мобильными устройствами, которым заинтересовалась Samsung. В сотрудничестве с Техасским университетом в Далласе, производитель смартфонов создает покрытие, усеянное датчиками ЭЭГ, которые позволят пользователям управлять планшетом Galaxy силой мысли. Исследователи выяснили, что пользователи вполне могут запускать приложения и делать выбор, концентрируясь на иконке.

«Несколько лет назад маленькая клавиатура была единственным методом управления телефоном, однако в настоящее время пользователь вправе использовать голос, жесты, прикосновения и движения глаз для работы», - рассказал Инсу Ким, один из главных разработчиков Samsung. - «Добавление еще нескольких способов ввода обеспечит нас более богатыми возможностями взаимодействия с мобильными устройствами».

Борьба со стеснением

Серьезной проблемой в развитии устройств, управляемых силой мысли, остается размещение и внешний вид датчиков ЭЭГ. По мнению Скорциони, преимущества, которые предоставляют эти устройства, носимые в реальной жизни на постоянной основе, недостаточны для того, чтобы убедить большинство людей носить гарнитуру.

«Наши исследования показали, что не многие люди готовы носить гарнитуру», - говорит Скорциони. - «Они получат не так много преимуществ пока. Есть ряд ограничений перед тем, как вы запросто скажете «что ж, вы сможете управлять устройством силой мысли». А зачем сейчас надевать эти диадемы и датчики?»

InteraXon обошла это препятствие с гарнитурой Muse, поскольку ее можно просто поместить в шапку или кепку, успешно спрятав. В то же время, другие носители BCI-устройств будут в авангарде, подобно тем, кто надевает . «На голове оно смотрится стильно и вызывающе. Но при этом оно должно демонстрировать феноменальные возможности, которые позволяет технология», - комментирует Гартен.

Есть и проблема в разработке сухих датчиков ЭЭГ до такой степени, чтобы их можно было легко использовать всем потребителям. Обычный ЭЭГ-датчик, широко распространенный в клинических условиях, требует слоя жидкости между датчиком и кожей головы, чтобы усилить сигнал. Samsung изучает возможности использования сухих датчиков и надеется в один прекрасный день создать какую-нибудь кепку с BCI-технологией, чтобы ее можно было носить постоянно.

«Сухие датчики практичны в повседневном использовании, поскольку вам не нужно использовать гель каждый раз. Если мы сможем достичь успехов в улучшении мощности сигналов или машинном оборудовании, мы сможем сделать и более хитроумные приспособления».

Думая о будущем

Пройдет совсем немного времени и управляемые мозгом интерфейсы станут частью повседневной жизни людей. Гартен полагает, что при всем этом технологии могут трансформироваться в другие формы, более соответствующие ежедневным занятиям людей.

«Может появиться другое устройство, отличное от очков или элемента мобильного телефона… вещь, которая сидит за ухом и держится вполне естественно. Может возникнуть новая технология, которая станет основным звеном наших ».

Сколько пройдет лет, прежде чем BCI станет мэйнстримом? Все зависит не только от темпа развития инноваций, но и от признания пользователей. Гартен говорит, что пройдет 20-25 лет при нынешних обстоятельствах, прежде чем технология станет такой же популярной, как сенсорные дисплеи сегодня.

Продемонстрировано устройство для управления компьютером с помощью электрических сигналов мозга. После короткого обучения любой человек может, отдавая мысленные приказы, перемещать курсор по экрану.

Прямые интерфейсы «мозг-компьютер» разрабатываются уже далеко не первый год. Их работа основана на слежении за электрической активностью мозга, выявлении характерных состояний и преобразовании их в команды для компьютера. Главная проблема состоит в том, чтобы надежно отождествлять различные состояния мозга и связывать их с желаниями человека.

Конечно, о том, чтобы читать мысли человека, речь не идет. Механизмы абстрактного мышления пока остаются совершенно недоступными для понимания. Поэтому создатели ранних моделей интерфейса «мозг-компьютер» даже не пробовали разбираться в естественных состояниях мозга, связанных с различными намерениями человека. Вместо этого людям предлагалось самим научиться приводить свой мозг в то или иное состояние, удобное для распознавания компьютером. Например, электрическая активность мозга заметно различается в состояниях релаксации и бурной деятельности. Причем изменения оказываются заметными даже в том случае, когда человек лишь мысленно представляет себе эти состояния - главное поотчетливее на них сконцентрироваться. Но, согласитесь, не слишком удобно расслабляться всякий раз, когда нужно подвинуть курсор влево, и наоборот взбадриваться, чтобы сместить его вправо.

Совместно с медицинской школой Шарите (Charité) при берлинском университете Гумбольдта разработана новая система, получившая название «Mental Typewriter» («мысленная машинопись»). Для работы с системой не требуется заниматься столь напряженными медитативными практиками. Вместо этого программа, написанная в институте Фраунгофера, сама изучает электроэнцефалограмму и приспосабливается к индивидуальным особенностям человека.

Вся процедура занимает около 20 минут. За это время человек должен, следуя указаниям компьютера, постараться отдать около 150 мысленных команд, связанных с перемещением курсора по экрану. Для повышения качества распознавания команд рекомендуется представлять при этом движения левой и правой рукой.

Для работы с системой необходимо надеть специальную резиновую шапочку с электродами, которые регистрируют биопотенциалы мозга. Чтобы повысить качество сигналов электроды размещают непосредственно на скальпе с использованием электропроводящей смазки. Соответствующие места на голове приходится выбривать. И все же такой способ связи мозга с компьютером является куда более щадящим, чем вживлением электродов непосредственно в мозг. Конечно, вживление электродов обеспечивает намного более точную передачу сигналов компьютеру, но их применение пока ограничено пациентами, которым такая операция выполняется по медицинским показаниям, например, для предотвращения эпилептических припадков.

Конечно, размещение электродов на скальпе тоже не назовешь особенно приятным, а при длительном использовании они могут вызывать раздражение на коже головы. Но вот парализованным больным или инвалидам с ампутированными руками такое устройство может оказаться весьма полезным.

Но разработчики видят и более широкие перспективы применения своей системы. Например, она может использоваться в качестве средства управления в компьютерных играх. Другое направление – помощь водителю в критических ситуациях на дороге. Интерфейс «мозг-компьютер» может распознать реакцию мозга на опасную ситуацию и передать сигнал тормозной системе быстрее, чем водитель сам нажмет на педаль тормоза.

C учетом таких планов не должно удивлять, что своей ближайшей задачей разработчики считают такое усовершенствование системы, чтобы электроды не требовали прямого контакта со скальпом. Неизбежное при этом ослабление регистрируемых сигналов можно попробовать скомпенсировать за счет развития методов их обработки. Сейчас эти методы развиваются очень быстро и даже специалисты, традиционно работающие с имплантированными электродами, признают, что в области неинвазивных (нетравматичных) методов анализа работы мозга сейчас наблюдается очень быстрый прогресс. Свидетельством тому новая немецкая разработка «mental typewriter».

Опыт 90-х годов показал, что, не ставя перед собой конкретных задач, не зная к чему стремиться, мы отдаем ситуацию на откуп стихийным силам. Не секрет, что первыми достигают своих целей те, кто заранее знает, чего хочет. Чтобы двигаться, нужна не только свобода, но и четкое знание направления. Исходя из этого, мы решили начать эксперимент: взяв различные стороны нашей жизни, попытаться сформулировать, к чему в каждой из них стоило бы стремиться, чего достичь. Вот несколько примеров наших размышлений.

Мировоззрение будущего

В будущем человек перестанет считать себя центром мироздания, на которого должен работать весь окружающий его мир. Он станет ощущать себя сознательной частью Универсума, состоящего из различных миров и многообразных форм жизни, уже познанных и тех, которые еще предстоит познать. Из потребителя и в обыденном и в самом широком смысле этого слова, он станет сознательным участником (а затем и сотрудником) единой жизни Макрокосма.

Фрукты и овощи заменяют лекарства!

Овощи, фрукты и ягоды служат основными поставщиками витаминов в организм человека.

Ананас

Очень ценное вещество бромелайн делает ананас незаменимым для питания людей, следящих за своим весом, так как помогает расщеплять жир.

Бананы

Обладают обволакивающим, сосудорасслабляющим и успокаивающим действием. Они полезны для пищеварения, предохраняют стенки желудка от вредного воздействия острой и соленой пищи. Из-за большого содержания сахара бананы не рекомендуются тем, кто страдает избыточным весом, но они необходимы в питании людей, имеющих проблемы с сердцем.

Древняя тайна Цветка Жизни - Тайна раскрывается

Некоторые из вас могут не признавать возможности общения с существами из других измерений, но именно это имело место в моей жизни. Я об этом не просил, это просто произошло. Как оказалось, я почти ежедневно, в течение ряда лет, имел связь на междименсиональных уровнях с этим человеком Тотом. Теперь, когда я понимаю это лучше, мне ясно, что мои личные отношения с Тотом на самом деле начались, когда я учился в колледже в Беркли.
Основной специализацией у меня была физика и второстепенной – математика, почти до самого получения диплома. До окончания мне оставалось доучиться всего одну четверть. И тут я решил, что я не хочу получать диплом физика, потому что я узнал о физиках нечто такое, что отвратило меня от желания заниматься наукой, которая, по моему мнению, вовсе не была наукой. Сейчас это меняется. Это всё само по себе уже составило бы книгу, но причина перемен связана с тем же самым, о чём я говорил относительно археологов. Физики, точно также, как и археологи, отвернутся от истины, если она означает слишком много перемен и - слишком быстро. Быть может, настоящая причина в том, что такова человеческая природа. Итак, я переключился на другую сторону своего мозга и избрал своей специализацией изящные искусства. Мои кураторы подумали, что у меня поехала крыша. «Ты собираешься отказаться от диплома физика?)» спрашивали они. Но мне он был не нужен, и я его не хотел. Теперь, выбрав основными предметами изящные искусства и историю, для получения диплома я должен был проучиться ещё два дополнительных года.
Смена основных предметов оказалась разумной, поскольку при изучении древних писаний обнаруживается, что по представлению древних, искусство, наука и религия взаимопроникаемы и взаимосвязаны. Так что, обучение, через которое я себя провёл, вполне соответствовало моим нынешним занятиям.

В одном фантастическом рассказе было описано появление детской игры, успех в которой зависел от степени концентрации внимания. Достигнув некоторого уровня, дети исчезали, так как их новые способности служили пропуском в другую, более развитую цивилизацию…. Как это часто бывает с идеями из фантастических произведений, идея игр на концентрацию уже принесла в наш мир ряд новых технологий, обещающих сильно изменить наше окружение. В том числе, весьма вероятно, изменения коснутся и области консалтинга и коучинга в части, которая относится к вопросам развития личных способностей.

Целенаправленно воздействовать на мозг люди научились (конечно, в современном научном смысле, так как воздействовать на психику люди умеют тысячи лет, яркий пример – любая религия). Сначала обнаружили электрические колебания мозга (в 1924 году), затем соотнесли их с различными состояниями сознания человека – бодрствованием, сном, усталостью и т.д. Чуть позже обнаружили, что состоянием мозга человека можно управлять, «переключая» его с помощью звуковых и световых колебаний определенной частоты.

Открыли также способы внушения с использованием подпороговых воздействий – слабых звуков или сверхкоротких зрительных образов (25 кадр и т.п.). Некоторые из этих технологий уже доведены до бытового применения – существует масса компьютерных программ, которые, по словам разработчиков, вводят мозг в особые состояния, соответствующие разным состояниям человека. Так, можно вместо сна дать мозгу отдых, прослушивая специальный аудиосигнал.

Пример таких программ - Brainwave Generator www.bwgen.com) и отечественная – «Мозгоправ» http://www.svetozor.ru). К обеим программам можно скачать файлы-заготовки для различных целей – расслабления, концентрации, снятия зависимости и т.п. Кстати, существуют и некомпьютерные устройства (майнд-машины / mind machine ), также реализующие функции звукового и светового стимулирования мозговой активности.

Стали доступными и технологии подпорогового воздействия – компьютерные программы позволяют «зашить» специальный сигнал в обычный звуковой файл, который затем будет без ведома слушателя приводить его мозг в определенное состояние и/или осуществлять внушение записанной фразы.

Однако в последнее десятилетие произошел значимый прорыв в технологиях «прямого общения с мозгом». Если раньше изучались возможности воздействия на мозг, сознание и подсознание, то теперь речь идет об использовании сигналов нервной системы человека для построения интерфейсов человеко-машинных систем. Очень грубо такой подход к человекомашинным системам можно описать как «человек подумал – машина сделала».

Это стало возможным благодаря появлению массовых недорогих, но производительных и малогабаритных компьютеров – ведь к мечте управлять силой мысли пробовали подступиться и раньше, - в начале 1970-х годов американское Агентство перспективных оборонных разработок (Defense Advanced Research Projects Agency – DARPA) даже начинало разработку управляемого мыслью истребителя, но отступило именно из-за громоздкости компьютеров того времени.

Рисунок 1. Ключевые этапы в исследовании мозговой активности.

Конечно, первое что освоили ученые – управление механизмами. При этом в качестве управляющих сигналов использовались моторные сигналы с кожи человека или нервные импульсы. Так, существуют образцы управляемых искусственных протезов конечности, а также инвалидные коляски, которыми могут управлять полностью парализованные люди.

Проводятся также успешные опыты по управлению роботами путем отдачи мысленных «приказов». Пока это простые команды, вроде выбора одного из двух предметов, но технологии продолжают быстро развиваться.

Ещё интереснейшая область исследований в области «человек-машина» связана с использованием информации о состоянии мозга. Когда мы концентрируемся или расслабляемся (думаем, спим, нервничаем и т.п.), наш мозг меняет характер и частоту генерируемых им электрических импульсов.

Эти явления известны давно, но до сих пор электрические сигналы мозга остаются малоизученными. Что не помешало, однако, создать целый ряд интересных прикладных разработок, в которых поведение технических систем зависит от степени концентрации или расслабления человека.

Такие системы – высокотехнологичная замена «зёленой точке» и другим объектам концентрации, используемым в большинстве методик тренировки внимания, которые необходимы при освоении новых навыков (скорочтение, аутотренинг и пр.). Не секрет, что одной из причин того, что лишь малая часть начинающих обучение успешно доходит до финала – невозможность оценить успешность пройденных этапов. Мозг довольно долго вырабатывает и закрепляет новые навыки и поэтому человеку весьма затруднительно свои усилия по их формированию. Человеку трудно понять – правильно ли он концентрируется, правильно ли выполняет упражнения на формирование новых навыков мозговой деятельности .

Ещё сложнее ситуация и с таким важным навыком как умение расслабляться... В отличие от умения концентрироваться, способность расслабляться еще труднее проконтролировать.
Похоже, трудности с самодиагностикой позади. На рынке появляются продукты, основанные на и теперь степень расслабления или концентрации можно проконтролировать в реальном времени, а значит, можно научиться управлять ими. Уже созданы игры и тренажеры, в которых степень расслабления или концентрации визуализированы не только на экране, но и в игровом пространстве, где от состояния игрока зависит положение шарика на игровом поле.

Несколько примеров.

Mindball. Еще в 2003 году в шведском Интерактивном институте http://www.interactiveinstitute.se/index_uk.html придумали игру Mindball, в которой игроки управляют шариком, стараясь максимально успокоиться и расслабиться. http://www.mindball.se/). Игра недешёвая – от 19 до 33 тысяч Евро. На сайте приведен список некоторых покупателей игры. Список довольно большой и представительный, где можно увидеть как ведущие мировые научные центры и институты (включая, кстати, и военную академию США в Вестпоинте), так и всемирно известные транснациональные компании (Кока-Кола, BBC, Philip Morris).

Mind Flex. Совсем недавно известная американская компания Маттел (кукла Барби – ее работа) http://www.mattel.com/ предложила на рынок «мозговой баскетбол» - Mind Flex http://mindflexgames.com/what_is_mindflex.php. Суть игры – необходимо провести по воздушному лабиринту шарик, высота полета которого зависит от концентрации и расслабления внимания игрока.

Star Wars™ Science Force Trainer. Эта игра предложена другим крупным производителем игрушек – компанией Uncle Milton . В игре http://unclemilton.com/starwarsscience/ , сделанной в стилистике «Звездных войн», нужно концентрацией внимания управлять положением шарика в вертикальной трубе.

Ничто не мешает просто отображать результаты концентрации на экране компьютера. Просто вся эта атрибутика - шарики, кольца, доски придает зрелищность и некую осязаемость таким абстрактным понятиям как концентрация, расслабление, сигналы мозга. В конце концов, это всё-таки игрушки и они должны продаваться.

При этом надо понимать, что никакой запредельной сложности в фиксировании и отображении сигналов активности мозга нет. Частота импульсов мозга – весьма незначительна, до 40 герц, амплитуда – десятки и сотни микровольт (достаточна для измерений недорогой аппаратурой). А это значит, что в скором времени обязательно появится множество так называемых майнд-устройств, которые будут надеваться на голову как гарнитура и подключаться к обычному персональнму компьютеру. Эти устройства позволят «усилием мысли» управлять изображением на экране монитора и(или) приводить в движение игровые периферийные устройства.

Первая ласточка – разработка американской компании Emotiv Systems http://emotiv.com/ , которая уже предлагает первый коммерческий мозговой интерфейс для управления компьютером всего за 300 долларов. Компания NeuroSky http://www.neurosky.com также уже вышла на рынок с подобным устройством. Правда оно может лишь фиксировать степень концентрации или расслабления игрока. Компания предлагает с его помощью расширить возможности компьютерных игр, понаблюдать за реакцией мозга на прослушивание музыки, или даже создать свои приложения.

Понятно, что появление доступных майнд-тренажеров произведет революцию в игровой индустрии. Менее очевидно, что наверняка изменятся сферы консалтинга и коучинга. Возможно, при общении с коучером обыденностью станет тестирование и занятия на майнд-тренажерах с целью повысить возможности по управлению степенью концентрации и расслабления.

Кроме ускорения получения нужного результата – умения и концентрироваться и расслабляться, подобные нововведения привнесут в коучинг приятный оттенок высокотехнологичности, что, безусловно, придаст привлекательность – одно дело просто «заниматься с коучером», а совсем другое – пройти майнд-тренинг и получить какую-нибудь «пятую ступень курса управления мозговой активностью», стать немного джедаем Йодо...

Кроме того, использование техники если и не снимает вопрос оценки результата, то значительно упрощает его, превращая весьма субъективные оценки «вы недостаточно сконцентрированы» в конкретные показатели. Понятно, что это снизит пространство для маневра коучеру для объяснения неудач, но также понятно, что повысится качество всей услуги за счет концентрации внимания коучера на действительно проблемных участках.

Вывод простой – если Ваша работа консультанта или коучера связана с повышением личной эффективности Клиентов, Вам необходимо обратить внимание на новые майнд-технологии, опробовать на себе, а также ввести в практику работы с клиентом.

В середине прошлого века фантасты писали, что в будущем люди научатся управлять техникой одной лишь силой мысли. И вот это самое будущее наступило. Первые подобные устройства сейчас проходят стендовые испытания в Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии(ИВНД и НФ) РАН.

Владимир Гаврилов

Заведующий Лабораторией физиологии сенсорных систем ИВНД и НФ РАН Игорь Шевелев подвел нас к тяжелой двери в локоть толщиной, с видимым усилием потянул ее на себя, и перед нами открылась святая святых. Стены небольшой комнаты сплошь покрыты металлической сеткой и звукопоглощающими экранами, ограждающими расположенную здесь аппаратуру от всевозможных электромагнитных помех. Посередине располагалось одинокое кресло с ворохом проводов, подключенных к мощным усилителям, прикрепленным у изголовья. «Любой человек, облаченный в специальный шлем, сидя вот здесь, способен с помощью мысли управлять компьютером, а через него разными механическими устройствами: роботами, манипуляторами и электрокарами, — пояснил Игорь Шевелев, хлопнув по потертому дерматину. — Но главное, при помощи мысли уже сейчас можно набирать текст на компьютере, что является настоящим прорывом в прикладной нейрофизиологии». Верилось, честно говоря, с трудом. Слишком уж абстрактная это вещь мысль, чтобы так просто ее уловить да еще и преобразовать в команды для компьютера, робота, электрокара…

На заре компьютерной эры

Идея об управлении машиной одной лишь силой мысли зародилась в середине ХХ века, когда для изучения деятельности мозга стали широко применяться электроэнцефалографы (ЭЭГ). Первым человеком, реализовавшим ее на практике, стал англичанин Эдмонд Деван. В 1967 году в Кембридже он провел серию экспериментов, в ходе которых люди, подключенные к аппаратуре ЭЭГ, учились контролировать амплитуду мозгового альфа-ритма. Испытуемые самостоятельно, то расслабляясь, то возбуждаясь, передавали сигналы, преобразовываемые компьютером в точки или тире, складывающиеся в азбуку Морзе. Вполне закономерно, что первым словом, мысленно переданным на телетайп, стало слово «кибернетика».

Идею тут же подхватили военные. В начале 1970-х годов американское Агентство перспективных оборонных разработок (Defense Advanced Research Projects Agency — DARPA) объявило о начале работ по созданию — ни много ни мало — истребителя, управляемого одной лишь силой мысли. К исследованию подключились ведущие научные организации США. Разрабатывались системы, дававшие возможность летчику, не отвлекаясь от управления самолетом, включать и выключать ряд функций авионики. К сожалению, низкий уровень тогдашних технологий не позволил довести начатую работу до конца. Компьютеры и другие электронные приборы были слишком велики для размещения на самолетах, да и производительность их заставляла желать лучшего. Программа была свернута.

Вспомнили о ней ученые только в 90-е годы ХХ века, когда новые разработки в электронике и компьютерной технике позволили вернуться к созданию интерфейса мозг-компьютер (Brain-Computer Interface — BCI) на качественно новом уровне. В настоящее время подобные системы активно конструируются в США, Германии, Японии, Китае, России и других странах.

Люди-киборги

В 1998 году сразу в двух точках земного шара — университете Эмори (США) и Тюбингенском университете (Германия) — были поставлены практически идентичные эксперименты. Мужчине, парализованному после инсульта, прямо в мозг были имплантированы микроэлектроды, при помощи которых компьютер измерял электрические импульсы мозга и преобразовывал их в команды для управления курсором. Больной представлял, что двигает правой или левой рукой, и курсор на экране монитора перемещался в ту или иную сторону. Выбирая на экране из заранее подготовленного списка различные фразы, инвалид мог позвать медицинскую сестру, попросить пить или есть, а также включить или выключить телевизор.

Функциональность этого устройства навела ученых на мысль попробовать изготовить механические протезы, управляемые мозгом посредством вживленных в него электродов.

Наибольшую известность получил эксперимент, проведенный в 2001 году в США Мигелем Николелисом из университета Дюка. Внедрив в мозг обезьяны несколько электродов, он добился поразительной синхронизации движения настоящей руки животного и ее роботизированного аналога. Стоило мартышке сжать в своей руке игрушку, как киберрука в точности повторяла ее жест.

Дальнейшее продолжение эти исследования получили в опытах нейрохирурга Джона Донога из университета Брауна (США). В 2002 году он провел интересный эксперимент с обезьянами. Животных научили играть в компьютерную игру, в ходе которой одним круглым мячом на экране компьютера надо было поймать другой. В эксперименте участвовали три обезьянки, в мозг которых была вживлена система электродов, измеряющих активность тех его областей, которые отвечали за работу рук. Сначала животные пользовались джойстиками, но вскоре их отключили, и компьютер стал читать сигналы мозга, снимаемые с внутричерепных электродов. Ни о чем не подозревающие животные продолжали играть, а мячик все так же двигался по экрану без всяких задержек. Получалось, что обезьяны управляли им при помощи одних лишь мыслей.

Но дальше всех пошла американская компания Cyberkinetics. Весной 2005 года она успешно завершила многолетние испытания чипов-имплантатов BrainGate («Ворота в мозг»), призванных облегчить жизнь парализованным пациентам.

Первым человеком, в мозг которого был вживлен чудо-чип, стал Мэттью Нейгл. 25-летнего американца полностью парализовало в 2001 году в результате ножевого ранения в шею. До сих пор он не может дышать без респиратора и передвигается исключительно в инвалидной коляске. Однако благодаря профессору Джону Донахью, возглавляющему кафедру нейрофизиологии медицинского факультета университета Брауна (США), у него появилась возможность существенно улучшить качество своей жизни. В ходе трехчасовой операции в мозг Нейгла было вживлено несколько электродов, которые располагались над моторными сенсорами коры головного мозга, где как раз и возникают сигналы, контролирующие движение рук. На последнем этапе операции на голове Нейгла было закреплено специальное металлическое устройство, позволявшее чипу передавать информацию на компьютер. Сначала пациент просто учился двигать курсор по экрану компьютера, мысленно представляя, что он пользуется руками, и весьма в этом преуспел. На сегодняшний день он уже умеет включать и выключать телевизор, подсоединенный к компьютеру, двигать роботизированной рукой. Первый эксперимент оказался столь удачным, что весной 2004 года Управление по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными препаратами США (Food and Drug Administration — FDA) дало добро на широкое применение BrainGate в медицинской практике. Cyberkinetics уже вложила в проект BrainGate $9 млн., в 2007—2008 годах она собирается вывести готовый продукт на рынок.

Волшебный шлем и печатная машинка

Впрочем, далеко не все пациенты согласны на то, чтобы в их черепную коробку засовывали электроды. В настоящее время ученые разных стран бьются над созданием интерфейса, улавливающего сигналы мозга без непосредственного контакта с ним. По этому пути пошли и российские исследователи из НИИ высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, получившие грант на исследования от отечественной инновационной компании BiNeuro.

«Мы работаем над системой ВСI всего полтора года, но уже добились хороших результатов, — рассказывает Игорь Шевелев. — Разработанное нами оборудование считывает потенциалы мозга через систему электродов, закрепленных на специальном шлеме. Это обычный шлем энцефалографа. Через шлейфы проводов он подключается к мощным усилителям, которые, в свою очередь, передают обработанные сигналы в компьютер. Весь секрет заключен в программном обеспечении, распознающем биопотенциалы мозга и способном подстраиваться во время работы к особенностям мышления того или иного человека. Более совершенное распознавание мысленных образов позволяет не только отдавать компьютеру простейшие команды, но и печатать текст на экране монитора с помощью одной только мысли».

«В основном для испытаний комплекса мы привлекаем студентов, — вступает в беседу ведущий специалист проекта Владимир Конышев. — Раньше пытались приглашать своих сотрудников или специалистов из соседних отделов. Но они оказались ‘слишком умными". Дело в том, что ученые, садясь в кресло, думают не о мысленном управлении, а о том, как все это работает. В итоге результаты экспериментов смазываются. Студентам же наплевать на все эти железки. Провел сеанс, получил деньги — и гуляй, Вася».

Одним из таких испытателей-студентов как раз и является долговязый третьекурсник Иван. Пока мы разговариваем с руководителями проекта, лаборанты начинают крепить к его голове матерчатый шлем с множеством датчиков. Процедура весьма трудоемкая. При помощи специального шприца кожа в местах соприкосновения электродов с головой смазывается гелем, снижающим сопротивление при прохождении сигналов. Спустя полчаса Ивана, закутанного, словно младенец, в чепец, торжественно водружают в кресло испытателя, и он начинает напряженно всматриваться в монитор. Эксперимент начался! На экране — ровные столбики из букв русского алфавита. Время от времени по ним пробегают вертикальные и горизонтальные зеленые полосы, засвечивающие столбцы или строки. Как только испытатель видит на экране загаданную букву, в его мозгу возникает характерная картина волн, которую и регистрируют датчики. Компьютер обрабатывает полученную информацию и выводит загаданную букву на соседний монитор.

Примерно такую же «мысленную печатающую машинку» в марте этого года представили на CEBIT (выставке высоких технологий, ежегодно проходящей в Ганновере) специалисты из Института Фраунхоффера (Германия). Принцип действия тот же, что и у россиян, но интерфейс немного отличается. Экран монитора разбит на шесть шестиугольных «сот», расположенных по кругу, в каждой из которых содержится группа букв. Человек мысленно подводит стрелку курсора к нужной «соте» и отдает команду «выбор». В этот момент «сота» увеличивается на весь экран, и буквы выстраиваются по кругу, как в обычных механических часах. Вращая между ними стрелку, можно отметить нужный символ. При этом человек мысленно не загадывает букву, как в российском прототипе устройства, а только выбирает ее при помощи более примитивного алгоритма действий. Чтобы перемещать курсор вправо или влево, оператор представляет, что двигает правой или левой рукой.

Каковы же перспективы таких систем? Могут ли они реально конкурировать с обычными способами управления компьютерной техникой посредством кнопок, клавиатуры, джойстиков или мышки? Ученые утверждают, что в будущем это вполне возможно, а в некоторых областях применения подобный интерфейс станет просто незаменим. Между тем, функциональность первых аппаратов пока остается не на высоте: набор слова из четырех букв занимает примерно 2−3 минуты. «Конечно, по сравнению с обычной пишущей машинкой или ноутбуком это показатели не очень хорошие, — вздыхает Игорь Шевелев. — Обычному человеку проще пользоваться давно проверенными устройствами. Но для инвалидов с параличом рук и ног они недоступны. Возможность печатать текст и даже управлять компьютером напрямую через мозг для них может стать настоящим спасением. И две минуты для набора одного слова не покажутся им очень медленными».

Коляска на мысленном управлении

Область применения систем ВСI не ограничивается только набором текста. В недалеком будущем с их помощью можно будет управлять массой механических устройств (инвалидная коляска, примитивные роботы, манипуляторы), интегрированных с компьютером. Реализовать эти возможности не столь уж и сложно. Для передвижения инвалидной коляски требуется всего пять команд: «вперед», «назад», «вправо», «влево» и «стоп». Мысленно ориентироваться в них гораздо проще, чем в трех десятках букв и знаков препинания.

Еще зимой 2003 года швейцарские ученые из Федерального технологического института и испанские специалисты из Центра биомедицинских инженерных исследований в Барселоне приступили к разработке подобной инвалидной коляски. Испытания первых прототипов показали, что научиться управлению данным прибором можно буквально за пару дней. Но в процессе работы инженеры столкнулись с неожиданной трудностью.

«Сейчас достоверность распознавания мысленных команд машиной приближается к 96%, рассказывает Игорь Шевелев. — Однако этот результат не считается достаточно приемлемым. Получается, что каждая тридцатая команда может быть понята компьютером неверно. При наборе текста это не так страшно, а вот при управлении инвалидной коляской любая ошибка может иметь катастрофические последствия. Представьте, что будет, если инвалид, подкатив к краю котлована, отдаст мысленную команду ехать назад, а коляска вдруг рванет вперед, в пропасть. Поэтому использовать коляску для передвижения пока нельзя».

Инженеры стремятся довести вероятность правильного распознавания до 100%. В некоторых экспериментах, проводимых исследовательской группой Игоря Шевелева, подобных результатов достичь уже удавалось. И по всей вероятности, в течение последующих пяти лет «мысленные инвалидные коляски», а также иные аппаратно-програмные комплексы на основе систем ВСI, как иностранного, так и российского производства, появятся в продаже. По прогнозам компании Cyberkinetics, рынок ВСI оценивается примерно в $2 млрд.

Что наша жизнь? Игра!

Принципы мысленного управления электронными устройствами можно применять не только для облегчения жизни инвалидов, но и для обучения и развития детей, а также просто для развлечения.

Весной 2003 года исследователи из шведского Интерактивного института представили вниманию публики игру Mindball, или «Мозгобол», в которую можно играть с помощью мысленных команд. Два человека в «телепатических» банданах сидят за столом, под которым размещены мощные электромагниты, и стараются закатить металлический шар в ворота противника. Система регистрирует альфа- и тета-волны в мозгу игроков. Побеждает тот, кто сумеет лучше расслабиться. Для большей зрелищности электроэнцефалограммы игроков выводятся на большие мониторы. Созданная при институте фирма Interactive Producline уже запустила Mindball в продажу и предлагает ее всем желающим по цене $19 000 за комплект.

Инженеры же из лаборатории «Музыка будущего» Плимутского университета (Великобритания) пошли еще дальше и объявили о том, что с помощью их оборудования можно мысленно писать музыку. Правда, пока оно способно распознавать только самые примитивные мелодии.

«Сейчас технологии компьютерного анализа электрической активности мозга развиваются столь стремительно, что уже в скором времени мы станем свидетелями рождения устройств более сложного характера, способных не только распознавать мысленные команды, но и определять, о чем думает человек в тот или иной момент, — утверждает руководитель Лаборатории высшей нервной деятельности человека ИВНД и НФ РАН Алексей Иваницкий. — Изучается возможность использования электроэнцефалограммы (ЭЭГ) мозга для оценки типа решаемой человеком мыслительной задачи. Такие комплексы могут применяться для контроля за мышлением летчиков или космонавтов во время сложных маневров».

И кто знает, возможно, появление на свет таких устройств ознаменует начало новой эры в науке. Чужая душа перестанет быть потемками, внутренний мир человека превратится в открытую книгу, которую можно будет читать при помощи компьютеров. Ну а человечество приблизится к обладанию телепатией, правда, в усеченном, электро-техногенном варианте.