Майбутнє та презентують нейроімпланти та нейроінтерфейси

Коротка замітка на засадах роботи, поточних технічних обмежень та можливого майбутнього нейроімплантацій зокрема та нейронних інтерфейсів загалом.

Не секрет, що нейроімплант вже є реальністю. Наприклад, кольєєва імплантація. Для відновлення зору є біонічні протези та імплантати.

Дуже вражаюче відео з Nigel Ekland, природно Deus EX:



Але з іншого боку, з такими очевидними успіхами в протезуванні, чому з точки зору передачі інформації через нейронний інтерфейс, поточний рівень «передача лише декількох біт інформації в хвилину»?
Здавалося б, що в реальному часі вони навчилися контролювати біонічний протез (і навіть з зворотним зв'язком у вигляді відчуттів), потім раптово - ледь управляти інформацією?

Така суттєва відмінність виникає від того, що в одному випадку робота з периферією, а в іншому - центральними нервовими системами.

У першому випадку все відносно просто. Є пачки нервів і досить хороша модель (розумні) їх роботи. У разі м'язів виникає імпульс, виникає скорочення м'язів і навпаки. Відчуття також «прості» прикріплюється до існуючих нервів як «порти». Кохлеар/візуальні імплантати схожі.




Не складно «втомлювати» нерви і дізнатися прочитати / надсилати сигнали.

Але для створення "нейроінтерфейс" це не дуже застосовно. Просто тому, що нам потрібен додатковий інтерфейс, і в цьому випадку при підключенні через периферичні NS, не передбачені вільні «порти». Не існує особливої проблеми створення досить серйозного нейронного інтерфейсу, що з'єднуються з нервами кінцівки (просто як з'єднані біонічні протези). Ви повинні витрачати час на навчання, але в принципі ви можете відродити і використовувати його. Імпульсні імпульси м'язів будуть кодувати довільну інформацію. Наприклад, символи є «сліпим» способом друку.

Але зрозуміло, що майже ніхто не хоче жертвувати кінцівки або інші частини тіла для такого інтерфейсу.

Отже, в основному, що вони намагаються зробити зараз, щоб приколити колесо на собакі - за допомогою EEG і перезаряджаючи візерунки мозкової активності в команди/інформаційну інформацію.

До того ж великий, цей підхід або глухий або дуже ніші.

Справа в тому, що «порушення» методу ЕЕГ є наказами на величину нижче інформації, що зашифровується мозком. Якщо ви перебільшите настійно, стан нейрона може бути у порівнянні з байтом 0 не активний, 1 активна (перераховує електрон імпульс). По суті, нейрон і процеси, які відбуваються, набагато складніші, але ми маємо достатню кількість цього спрощення зараз. Це, кодування абстрактної ідеї, за умови, що ми можемо впливати і сприймати стан індивідуальних нейронів, вам потрібно десятки / мисливці / вуха нейронів. Важко сказати особливо через брак достатнього розуміння процесів, але це може добре дізнатися, що спеціалізація десятки або сотні нейронів для створення стійкої конкретної майстерності. Навички на рівні «Додати унікальну команду для комп’ютера». Так само, як ми можемо створити палець, щоб натиснути літеру на клавіатурі, з однаковим ступенем точності і помилки. І з мінімальною енергією. В ідеалі вартість «ментальної енергії» для передачі символу буде багато разів менше, ніж для пресування ключа пальця. Не потрібно активувати моторні нейрони і периферію.



Повернувшись до EEG - за його допомогою потенційні потенціали знімаються з лупи з 16-24-32 електродами. Відчуйте різницю в масштабі. Кількість нейронів в корі і пікантних десятків електродів. ЕЕГ, як МРТ, дає тільки дуже поширену картину роботи мозку, їх активність. А дозвіл все одно можна сказати, що людина засвоюється або змикається, щоб оцінити рівень уваги. Оцінити загальну активність досить великого обсягу клітин.



Зрозумілий вихід – запис електричної активності специфічних нейронів. Якщо ви можете послідовно записувати індивідуальну активність певної кількості нейронів у корі, ви можете дізнатися, щоб відправити будь-які команди. Створіть інтерфейси як складний, різноманітний і docile як власний голос / movement.
Для нейронів немає особливої різниці - вони мають дві держави активні / неактивні. І в приймальному пристрої не складно призначити листування активності специфічних нейронів на будь-який машинний код.
Зворотній зв'язок легко організувати в звичних напрямках – через зображення на моніторі тощо.

І якщо ви керуєте діяльністю довільних нейронів, ви можете, навпаки, відправити інформацію в мозок. Однак, набагато складніше. На відміну від першого способу, вам потрібно набагато більше знань про індивідуальні особливості структури кожного окремого мозку.

До речі, щоб видалити активність окремих нейронів вже навчалися. І впливають на них. Проблема, ви буквально повинні дотримуватися дуже тонкого електрода в мозок.
З явних причин люди не роблять цього. Я не думаю, що хтось ще не зміг перевірити, чи достатньо нейронів для створення нейронного інтерфейсу. Як правило, такі методи свідчать теорії про роботу мозку на тваринах.

Інші недоліки:
У той же час можна вивчити лише кілька нейронів протягом декількох тижнів.
Нейрони з контакту з електродом можуть бути механічно знищені.

З точки зору нейроімплантатів людини:

• Занадто кілька електродів;
• необхідність проведення операції мозку;
• відсутність знань.

В цілому це потенційно реально. Але комплексний, небезпечний для здоров'я і зіткненням етичних проблем.

Інші потенційні напрямки:

• Нанотехнології. Якщо ви можете зробити якийсь датчик нанорозміром, щоб прикріпити його до нейрона і читати імпульси — вам не потрібно спиляти електрод в мозку, відкриваючи череп. На додаток до проблеми створення наноробота доведеться вирішити проблему його цільової доставки. Очистити не біля майбутнього;
• Покращене сканування. Вчимося відсканувати активність окремих нейронів у корі головного мозку. З огляду на поточний розмір і можливості МРТ - чітко не біля майбутнього.

Це справжній нейроімплант:

Біоніка (нейроімпланти периферичних NS) вже вражає і швидко розвивається. Швидкий прогрес, не існує фундаментальних проблем, знання достатньо.

Нейроімпланти центральних РН - від категорії «фікування» перенесли до категорії «реальні, але на різному рівні прогресу». Вдосконалити медичні технології та розвивати знання психофізіології.

Нейроінтерфейси в цілому базуються на EEG, MRI є мертвим кінцевим відділенням, без створення принципово іншого рівня скануючих пристроїв. Як інтерфейси для відображення стану свідомості та біологічного зворотного зв'язку, однак, цілком виправдані.

Джерело: geektimes.ru/post/242134/