Geleidelijk komen er veel nieuwe dingen in ons leven. De ontwikkeling van de techniek staat niet stil en morgen is het misschien mogelijk waar we gisteren niet van durfden te dromen. De neurocomputerinterface (NCI) maakt echt de verbinding tussen het menselijk brein en technologie, hun gedeeltelijke interactie.
Wat is NCI?
NCI is een systeem voor het uitwisselen van informatie tussen het menselijk brein en een elektronisch apparaat. De uitwisseling kan in twee richtingen zijn, wanneer elektrische impulsen van het apparaat naar de hersenen komen en vice versa, of in één richting, wanneer slechts één object informatie ontvangt. In eenvoudiger bewoordingen is NCI wat wordt genoemd 'beheer van de kracht van het denken'. Een zeer belangrijke ontdekking, die al op veel terreinen van het leven wordt gebruikt.
Hoe werkt NCI?
De neuronen van de hersenen geven informatie aan elkaar door met behulp van elektrische impulsen. Dit is een zeer complex en ingewikkeld netwerk dat wetenschappers nog niet volledig kunnen analyseren. Maar met de hulp van NCI werd het mogelijk om een deel van de informatie van hersenimpulsen te lezen en over te dragen naar elektronische apparaten. Zij kunnen op hun beurt transformerenimpulsen in actie.
Geschiedenis van het bestuderen van NCI
Het is opmerkelijk dat het werk van de Russische wetenschapper IP Pavlov over geconditioneerde reflexen de basis werd voor de ontwikkeling van de NC-interface. Ook een belangrijke rol in de studie van NCI werd gespeeld door zijn eigen werk over de regulerende rol van de hersenschors. Het onderzoek van IP Pavlov vond plaats aan het begin van de twintigste eeuw aan het Instituut voor Experimentele Geneeskunde in St. Petersburg. Later werden de ideeën van Pavlov in de richting van de NC-interface ontwikkeld door de Sovjet-fysioloog P. K. Anokhin en de Sovjet- en Russische neurofysioloog N. P. Bekhtereva. Wereldwijd NCI-onderzoek begon pas in de jaren zeventig in de Verenigde Staten. Er werden experimenten uitgevoerd op apen, ratten en andere dieren. Tijdens het onderzoek ontdekten wetenschappers die met experimentele apen werkten dat bepaalde delen van de hersenen verantwoordelijk zijn voor de bewegingen van hun ledematen. Sinds deze ontdekking is het verdere lot van NCI bezegeld.
Elektro-encefalografie (EEG)
Elektro-encefalografie is een methode om de elektronische impulsen van de hersenen te lezen door niet-invasieve elektroden op het hoofd van een persoon te bevestigen. Een niet-invasieve methode is een methode waarbij elektroden op het hoofd van een persoon of dier worden bevestigd, zonder directe inbrenging in de hersenschors. De EEG-methode verscheen relatief lang geleden en heeft een grote bijdrage geleverd aan de ontwikkeling van de hersen-computerinterface. De EEG-methode wordt vandaag de dag nog steeds gebruikt omdat het goedkoop en effectief is.
Stadia van NCI
Informatie afkomstig uit het menselijk brein wordt verwerktelektronisch apparaat in vier stappen:
- Ontvang signaal.
- Voorbehandeling.
- Interpretatie en classificatie van gegevens.
- Gegevensuitvoer.
Eerste etappe
In de eerste fase worden elektroden ofwel rechtstreeks in de hersenschors ingebracht (invasieve methode) of bevestigd aan het oppervlak van het hoofd (niet-invasieve methode). Het proces van het lezen van informatie uit hersencellen begint. De elektroden verzamelen gegevens van individuele systemen van neuronen die verantwoordelijk zijn voor verschillende acties.
Voorbehandeling
In de tweede fase van de hersen-computerinterface worden de ontvangen signalen voorbewerkt. Het apparaat extraheert signaalkenmerken om de complexe samenstelling van gegevens te vereenvoudigen, onnodige informatie en ruis te verwijderen die de duidelijke hersensignalen verstoort.
Derde etappe
In de derde fase van de NDT-interface wordt informatie geïnterpreteerd van elektrische impulsen in een digitale code. Het duidt een actie aan, een signaal waaraan de hersenen gaven. De resulterende codes worden vervolgens geclassificeerd.
Gegevensuitvoer
De informatie-output vindt plaats in de vierde fase. De gedigitaliseerde gegevens worden uitgevoerd naar een apparaat dat is verbonden met de hersenen, dat een mentaal gegeven commando uitvoert.
Neuroprothesen
Een van de belangrijkste gebieden van implementatie van de herseninterface is geneeskunde. Neurale prothesen zijn ontworpen om de verbinding tussen het menselijk brein en de werking van zijn organen te herstellen, om door ziekte of letsel beschadigde organen te vervangen, met als gevolg het herstel van de functies van een gezond lichaam. NCI kan vooral goed zijn voor mensen met verlamming of verlies van ledematen. Bij het gebruik van neurale prothesen wordt het werkingsprincipe van de hersencomputer-interface gebruikt. Simpel gezegd, een persoon is uitgerust met prothetische armen of benen, van waaruit elektronische implantaten leiden naar het gebied van de hersenen dat verantwoordelijk is voor de beweging van dit ledemaat. Neuroprotheses hebben vele tests doorstaan, maar de moeilijkheid van het massale gebruik ervan ligt in het feit dat de NCI de hersensignalen niet volledig kan lezen, en de controle van prothesen in het dagelijks leven buiten het laboratorium is moeilijk. Een paar jaar geleden wilde Rusland de productie van neuroprothesen opzetten, maar tot nu toe is dit niet geïmplementeerd.
Hoorprothesen
Als prothetische ledematen nog niet op de massamarkt zijn verschenen, wordt het cochleaire implantaat (een prothese die het gehoor helpt herstellen) al heel lang gebruikt. Om het te ontvangen, moet de patiënt een uitgesproken mate van perceptief gehoorverlies hebben (dat wil zeggen een dergelijk gehoorverlies waarbij het vermogen van het hoortoestel om geluiden te ontvangen en te analyseren is aangetast). Gehoorrestauratie met een cochleair implantaat wordt gebruikt wanneer een conventioneel hoortoestel niet de verwachte resultaten geeft. Het implantaat wordt geïmplanteerd in het oorapparaat en het aangrenzende deel van het hoofd als gevolg van een chirurgische ingreep. Net als elke andere hersen-machine-interface, moet een cochleair implantaat volledig passen bij de drager. Om het implantaat te leren gebruiken en het implantaat als een nieuw oor te gaan zien, moet de patiënt een lange revalidatiekuur ondergaan.
Toekomst van NCI
Onlangs hoor en lees je overal over kunstmatige intelligentie. Dit betekent dat de droom van veel mensen uitkomt - binnenkort gaan onze hersenen een symbiose aan met technologie. Dit zal ongetwijfeld een nieuw tijdperk in de ontwikkeling van de mensheid zijn. Nieuw niveau van kennis en kansen. Dankzij de brain-computer interface zal er een groot aantal nieuwe en belangrijke ontdekkingen verschijnen op vele wetenschapsgebieden. Naast het gebruik voor medische doeleinden, kan NCI de gebruiker al verbinden met virtual reality-apparaten. Zoals virtuele computermuis, toetsenbord, personages in virtual reality-games, enz.
Beheer zonder handen
De belangrijkste taak van de neurocomputerinterface is om de mogelijkheid te vinden om apparatuur te besturen zonder de hulp van spieren. Ontdekkingen op dit gebied geven mensen met een verlamming meer mogelijkheden in beweging, autorijden en gadgets. Nu al combineert NCI naadloos het menselijk brein en computer kunstmatige intelligentie. Dit werd mogelijk dankzij een diepgaande studie van de principes van het menselijk brein. Op basis daarvan worden programma's samengesteld waarop NCI en kunstmatige intelligentie werken.
NTI in robotica
Sinds wetenschappers ontdekten dat bepaalde delen van de hersenen verantwoordelijk zijn voor spierbewegingen, hadden ze meteen het idee dat het menselijk brein niet alleen zijn eigen lichaam kan besturen, maar ook een mensachtige machine. Er worden nu veel verschillende robotmachines gemaakt. Inclusief mensachtigen. Robotici streven ernaar in hun humanoïde werkenhet gedrag van echte mensen imiteren. Maar tot nu toe kunnen programmeren en kunstmatige intelligentie deze taak iets slechter aan dan NCI. Met behulp van de NC-interface kunt u robotarmen op afstand besturen. Bijvoorbeeld op plaatsen waar menselijke toegang onmogelijk is. Of in banen die precisie van sieraden vereisen.
NCI voor verlamming
De meest gevraagde is ongetwijfeld de hersen-computerinterface in de geneeskunde. Bedienen van prothetische armen, benen, het besturen van een rolstoel met je geest, het beheren van informatie op smartphones, computers zonder handen, enz. Als deze innovaties alomtegenwoordig worden, zal de levensstandaard van mensen die momenteel beperkt in hun vermogen om te bewegen, verbeteren. De hersenen sturen onmiddellijk commando's naar apparaten, waarbij ze het lichaam omzeilen, wat een persoon met een handicap zal helpen zich beter aan te passen aan de omgeving. Maar bij het uitproberen van neuroprotheses worden specialisten geconfronteerd met een aantal problemen waar ze tot op de dag van vandaag geen oplossing voor kunnen vinden.
Voor- en nadelen van de hersen-computerinterface
Ondanks het feit dat er veel voordelen zijn aan het gebruik van de NC-interface, zijn er ook nadelen aan het gebruik ervan. Een voordeel bij de ontwikkeling van NCI in de geneeskunde is het feit dat het menselijk brein (vooral de cortex) zich zeer goed aanpast aan veranderingen, waardoor de mogelijkheden van de NCI-interface bijna onbeperkt zijn. De vraag is alleen achter de ontwikkeling en ontdekking van nieuwe technologieën. Maar er zijn hier wat problemen.
Incompatibiliteit van lichaamsweefsels met apparaten
Eerst, als je binnenkomtimplantaten op een invasieve manier (in de weefsels), is het erg moeilijk om hun volledige compatibiliteit met de weefsels van de patiënt te bereiken. Die materialen en vezels die volledig in organisch weefsel moeten worden geïmplanteerd, worden alleen gemaakt.
Imperfecte techniek vergeleken met de hersenen
Ten tweede zijn elektroden nog steeds veel eenvoudiger dan hersenneuronen. Ze kunnen nog niet alle informatie doorgeven en ontvangen die de zenuwcellen van de hersenen gemakkelijk aankunnen. Daarom is de beweging van de ledematen van een gezond persoon veel sneller en nauwkeuriger dan de beweging van neuroprothesen, en een gezond oor neemt geluiden helderder en correcter waar dan een oor met een cochleair implantaat. Als ons brein weet welke informatie eruit moet worden gefilterd en wat als de belangrijkste moet worden beschouwd, dan wordt dit in apparaten met kunstmatige intelligentie gedaan door door mensen geschreven algoritmen. Totdat ze de complexe algoritmen van het menselijk brein kunnen repliceren.
Te veel variabelen om te controleren
Sommige wetenschappelijke instituten zijn van plan om in de nabije toekomst geen aparte neuroprothese van een been of arm te maken, maar een heel exoskelet voor mensen met hersenverlamming. Bij deze vorm van prothese moet het exoskelet niet alleen informatie krijgen van de hersenen, maar ook van het ruggenmerg. Met zo'n apparaat, verbonden met alle belangrijke zenuwuiteinden van het lichaam, kan een mens een echte cyborg worden genoemd. Door een exoskelet te dragen, kan een volledig verlamd persoon weer in staat zijn om te bewegen. Maar het probleem is dat de uitvoering van de beweging niet het enige is dat van het NCI wordt verlangd. exoskeletmoet ook rekening houden met balans, coördinatie van bewegingen, oriëntatie in de ruimte. Hoewel de taak om al deze commando's tegelijkertijd te implementeren moeilijk is.
De angst van mensen voor het nieuwe
De niet-invasieve methode van implantaatplaatsing is effectief in laboratoriumomstandigheden, maar in het gewone leven zal deze methode waarschijnlijk niet voldoen aan de verwachtingen die eraan worden gesteld. Het contact met een dergelijke verbinding is zwak, het wordt voornamelijk gebruikt voor het lezen van signalen. Daarom gebruiken ze in de geneeskunde en in neuroprothesen in de regel de chirurgische methode om elektroden in het lichaam te brengen. Maar weinig mensen zullen ermee instemmen hun lichaam en onbekende techniek te combineren. Mensen hebben gehoord over de terminators en cyborgs uit Hollywood-films en zijn bang voor vooruitgang en innovaties, vooral als ze rechtstreeks betrekking hebben op een persoon.
