|
Интерфейс, позволяющий мысленно управлять дроном
|
|
|
|
Демонстрируя передовые достижения нейробиологии и инженерии, исследователи достигли того, что когда-то считалось научной фантастикой — интерфейса мозг-компьютер (BCI), который позволил парализованному человеку успешно управлять виртуальным квадрокоптером, используя только свой разум.
|
|
|
|
Это достижение знаменует собой поворотный момент в области вспомогательных технологий, демонстрируя, как инновации могут преодолеть разрыв между физическими ограничениями и беспрецедентными возможностями.
|
|
|
|
Исследование, недавно опубликованное в журнале Nature Medicine, раскрывает передовые возможности нового внутрикоркового ИМК, который преобразует сигналы мозга в точные движения пальцев, и все это достигается с помощью одной только мысли.
|
|
|
|
Предыдущие исследования продемонстрировали потенциал интерфейсов мозг-компьютер, позволяющих человеку выполнять простые задачи, такие как прием пищи или даже игра в видеоигру.
|
|
|
|
Однако впервые исследователи продемонстрировали применение технологии интерфейса мозг-компьютер в режиме реального времени, позволяющей участнику с полным параличом беспрепятственно управлять виртуальным дроном с помощью серии сложных маневров.
|
|
|
|
|
|
|
Это не только удовлетворяет значительные неудовлетворенные потребности людей с ограниченными возможностями, но и открывает двери для множества практических применений BCIs.
|
|
|
|
“Имея возможность двигать несколькими виртуальными пальцами под управлением мозга, вы можете использовать многофакторные схемы управления для самых разных задач”, - сказал в пресс-релизе профессор нейрохирургии Стэнфорда и соавтор исследования доктор Джейми Хендерсон. “Это может означать все, что угодно, от работы с программным обеспечением CAD до сочинения музыки”.
|
|
|
|
Участник исследования, 69-летний мужчина, известный как “Т5”, перенес травму спинного мозга, из-за которой он не мог пользоваться конечностями. Используя массивы микроэлектродов, имплантированных в моторную кору головного мозга — область, ответственную за произвольные движения, — исследователи разработали систему, способную расшифровывать определенные движения пальцев.
|
|
|
|
T5 может управлять виртуальным дроном с поразительной ловкостью, преобразуя эти нейронные сигналы в цифровые команды, преодолевая полосы препятствий и выполняя точные задания в виртуальной среде.
|
|
|
|
По словам ведущего автора исследования, доктора Мэтью Уилси из Мичиганского университета, система BCI представляет собой значительный шаг вперед в области вспомогательных технологий.
|
|
|
|
“Он использует сигналы, генерируемые в моторной коре головного мозга, которые возникают, когда участник просто пытается пошевелить пальцами, и использует искусственную нейронную сеть для интерпретации намерений управлять виртуальными пальцами в симуляторе”, - сказал доктор Уилси. “Затем мы посылаем сигнал для управления виртуальным квадрокоптером”.
|
|
|
|
“Это более высокая степень функциональности, чем все, что ранее основывалось на движениях пальцев”.
|
|
|
|
Интерфейс мозг-компьютер работает с помощью набора кремниевых микроэлектродов, каждый из которых имеет 96 каналов, регистрирующих нейронную активность в моторной коре головного мозга.
|
|
|
|
Затем система использует передовые алгоритмы для расшифровки этих сигналов, интерпретируя их как движения трех различных групп пальцев, включая движения большого пальца в двух измерениях. Этот прорыв предусматривает четыре степени свободы, что позволяет точно управлять виртуальным дроном.
|
|
|
|
Для T5 ключевым моментом была интуитивность системы. Когда он визуализировал движение пальцев, BCI легко интерпретировал активность его мозга, чтобы управлять скоростью, направлением и ориентацией дрона. В отличие от более ранних систем, которые были ориентированы на простое управление курсором или манипулирование роботизированной рукой, этот BCI использовал естественную ловкость воображаемых движений пальцев для достижения беспрецедентной точности и отзывчивости.
|
|
|
|
Результаты этого исследования выходят далеко за рамки технологических достижений. Согласно опросам, люди, страдающие параличом, часто сообщают о неудовлетворенных потребностях в социальной активности, развлечениях и чувстве расширения личных возможностей.
|
|
|
|
Значение видеоигр и виртуальной среды для людей с ограниченными возможностями широко задокументировано. Многопользовательские игры, в частности, дают ощущение социальной связанности и расширяют возможности.
|
|
|
|
В будущем, благодаря интеграции технологии BCI в такие платформы, люди с двигательными нарушениями смогут полноценно участвовать в играх, удаленной работе и других цифровых мероприятиях — не только как пассивные пользователи, но и как активные участники.
|
|
|
|
“Люди, как правило, сосредотачиваются на восстановлении тех функций, которые являются основными потребностями — приеме пищи, одевании, передвижении, — и все это важно”, - сказал доктор Хандерсон. “Но часто другим, не менее важным аспектам жизни, таким как отдых или общение со сверстниками, уделяется мало внимания. Люди хотят играть в игры и общаться со своими друзьями”.
|
|
|
|
На пути к этому достижению не обошлось без трудностей. В ходе первых испытаний были выявлены ограничения в точности декодирования и быстродействии, особенно при управлении несколькими степенями свободы.
|
|
|
|
Однако, благодаря итеративным улучшениям и усовершенствованиям в области машинного обучения, система теперь достигает скорости обнаружения 76 целей в минуту при почти 100% успешном выполнении задач. Эти показатели превосходят показатели предыдущих систем взаимодействия мозг-компьютер, которые часто испытывали проблемы с надежностью и скоростью.
|
|
|
|
Более того, отзывы T5 во время испытаний сыграли ключевую роль в совершенствовании системы. Например, визуальные подсказки, такие как изображение руки, отображающее положение пальцев, улучшили его способность интуитивно управлять дроном.
|
|
|
|
“Это похоже на езду на велосипеде по дороге на работу”, - отметил T5, подчеркнув простоту использования системы после первоначального обучения. “Что я собираюсь делать сегодня на работе, а вы все еще переключаете передачи на своем велосипеде и продолжаете двигаться вперед”.
|
|
|
|
Несмотря на успех, исследователи признают, что эта технология все еще находится на ранней стадии развития. Существующая система основана на инвазивных имплантатах и лабораторных установках, что делает ее недоступной для широкого применения. Однако достижения в области неинвазивных ИМК и миниатюрного аппаратного обеспечения могут проложить путь к более практичному применению в ближайшем будущем.
|
|
|
|
Последствия этого прорыва огромны. Помимо использования в рекреационных целях, те же принципы могут быть применены для управления протезами конечностей, работы с устройствами "умного дома" или взаимодействия с цифровыми интерфейсами в повседневной жизни. Для людей с тяжелыми формами инвалидности такие приложения могут значительно улучшить качество их жизни и способствовать большей независимости.
|
|
|
|
Опыт T5 продемонстрировал влияние этой технологии на человека. Он продемонстрировал обновленное чувство самостоятельности, когда управлял виртуальным дроном, преодолевая препятствия.
|
|
|
|
“Во время управления квадрокоптером в BCI Т5 говорил о социальной связанности, возможностях и отдыхе”, - пишут исследователи. “Он чувствовал, что управление квадрокоптером позволит ему, впервые после травмы, образно говоря, ”подняться" со своей кровати / стула".
|
|
|
|
“Симуляция квадрокоптера не была произвольным выбором, у участника исследования была страсть к полетам”, - добавил соавтор исследования и специалист по информатике из Стэнфордского университета Дональд Авансино. “Помимо удовлетворения желания участника летать, платформа также продемонстрировала управление несколькими пальцами”.
|
|
|
|
В конечном счете, поскольку область интерфейсов мозг-компьютер продолжает развиваться, возможности безграничны. В будущем BCIS могут позволить людям играть на музыкальных инструментах, создавать 3D-модели или даже пилотировать реальные беспилотные летательные аппараты.
|
|
|
|
Это слияние нейронауки, искусственного интеллекта и инженерии может по-новому определить возможности людей с ограниченными возможностями и технологического сектора в целом.
|
|
|
|
“Управление пальцами - это шаг вперед”, - объясняет соавтор и профессор электротехники и вычислительной техники Университета Райса доктор Нишал Шах. “Конечная цель - восстановление движений всего тела”.
|
|
|
|
Источник
|
