Aegamööda on meie ellu sisenemas palju uusi asju. Tehnoloogia areng ei seisa paigal ja homme võib juhtuda see, millest me eile unistadagi ei julgenud. Neuroarvuti liides (NCI) muudab tõeliseks seose inimaju ja tehnoloogia vahel, nende osalise vastasmõju.
Mis on NCI?
NCI on süsteem teabe vahetamiseks inimese aju ja elektroonilise seadme vahel. Vahetus võib olla kahesuunaline, kui elektriimpulsid tulevad seadmest ajju ja vastupidi, või ühesuunaline, kui teavet saab ainult üks objekt. Lihtsam alt öeldes on NCI see, mida nimetatakse "mõttejõu juhtimiseks". Väga oluline avastus, mida juba paljudes eluvaldkondades laialdaselt kasutatakse.
Kuidas NCI töötab?
Aju neuronid edastavad üksteisele informatsiooni elektriimpulsside abil. See on väga keeruline ja keerukas võrgustik, mida teadlased ei saa veel täielikult analüüsida. Kuid NCI abil sai võimalikuks osa ajuimpulsside teabest lugeda ja see elektroonilistesse seadmetesse üle kanda. Nad võivad omakorda muutudaimpulsse tegutsema.
NCI õppimise ajalugu
On tähelepanuväärne, et NC-liidese väljatöötamise aluseks said Vene teadlase IP Pavlovi tööd konditsioneeritud reflekside kohta. NCI uurimisel mängis olulist rolli ka tema enda töö ajukoore reguleeriva rolli kohta. IP Pavlovi uurimistöö toimus kahekümnenda sajandi alguses Peterburi Eksperimentaalmeditsiini Instituudis. Hiljem töötasid Pavlovi ideed NC-liidese suunas välja Nõukogude füsioloog P. K. Anokhin ning Nõukogude ja Venemaa neurofüsioloog N. P. Bekhtereva. Ülemaailmsed NCI-uuringud algasid alles 1970. aastatel Ameerika Ühendriikides. Katsed viidi läbi ahvide, rottide ja teiste loomadega. Eksperimentaalsete ahvidega töötavad teadlased selgitasid uuringute käigus välja, et nende jäsemete liigutuste eest vastutavad teatud ajupiirkonnad. Pärast seda avastust on NCI edasine saatus suletud.
Elektroentsefalograafia (EEG)
Elektroentsefalograafia on meetod aju elektrooniliste impulsside lugemiseks, kinnitades inimese pea külge mitteinvasiivselt elektroodid. Mitteinvasiivne meetod on meetod, mille puhul elektroodid kinnitatakse inimese või looma pea külge ilma otsese ajukooresse sisestamata. EEG-meetod ilmus suhteliselt kaua aega tagasi ja andis suure panuse aju-arvuti liidese arengusse. EEG-meetodit kasutatakse tänapäevalgi, kuna see on odav ja tõhus.
NCI etapid
Inimese ajust tulevat teavet töödeldakseelektrooniline seade neljas etapis:
- Võta vastu signaali.
- Eelravi.
- Andmete tõlgendamine ja klassifitseerimine.
- Andmeväljund.
Esimene etapp
Esimeses etapis sisestatakse elektroodid kas otse ajukooresse (invasiivne meetod) või kinnitatakse pea pinnale (mitteinvasiivne meetod). Algab ajurakkudest info lugemise protsess. Elektroodid koguvad andmeid erinevate toimingute eest vastutavate neuronite üksikutest süsteemidest.
Eelravi
Aju-arvuti liidese teises etapis töödeldakse vastuvõetud signaale eeltöödeldud. Seade eraldab signaali karakteristikud, et lihtsustada andmete keerukat koostist, välja rookida tarbetu teave ja müra, mis segab selgeid ajusignaale.
Kolmas etapp
NDT liidese kolmandas etapis tõlgendatakse teave elektriimpulssidest digitaalseks koodiks. See tähistab tegevust, signaali, millele aju andis. Saadud koodid klassifitseeritakse.
Andmeväljund
Teabe väljastamine toimub neljandas etapis. Digitaliseeritud andmed väljastatakse ajuga ühendatud seadmesse, mis täidab vaimselt antud käsku.
Neuroproteesimine
Üks peamisi ajuliidese rakendamise valdkondi on meditsiin. Närviproteesid on loodud selleks, et taastada seos inimese aju ja selle organite tegevuse vahel, asendada haigusest või vigastusest kahjustatud elundeid, millele järgneb terve keha funktsioonide taastamine. NCI võib olla eriti hea halvatuse või jäsemete kaotusega inimestele. Närviproteeside kasutamisel kasutatakse aju-arvuti liidese tööpõhimõtet. Väga lihts alt öeldes paigaldatakse inimesele käe- või jalaproteesid, millest elektroonilised implantaadid viivad selle jäseme liikumise eest vastutavasse ajupiirkonda. Neuroproteesimine on läbinud palju teste, kuid selle massilise kasutamise raskus seisneb selles, et NCI ei suuda ajusignaale täielikult lugeda ning proteeside kontroll igapäevaelus väljaspool laborit on keeruline. Paar aastat tagasi soovis Venemaa alustada neuroproteeside tootmist, kuid siiani pole seda rakendatud.
Kuulmisproteesid
Kui jäsemete proteesid pole veel massiturule ilmunud, siis kohleaarimplantaati (protees, mis aitab taastada kuulmist) on kasutatud juba pikka aega. Selle vastuvõtmiseks peab patsiendil olema väljendunud sensorineuraalne kuulmislangus (st selline kuulmislangus, mille puhul on häiritud kuuldeaparaadi võime helisid vastu võtta ja analüüsida). Kuulmise taastamist kohleaarimplantaadiga kasutatakse juhul, kui tavaline kuuldeaparaat ei anna oodatud tulemusi. Implantaat implanteeritakse kirurgilise operatsiooni tulemusena kõrvaaparaati ja pea külgnevasse ossa. Nagu iga teine aju-masina liides, peab ka kohleaarne implantaat kandjale täielikult sobima. Et õppida seda kasutama ja hakata tajuma implantaati uue kõrvana, peab patsient läbima pika taastusravi.
NCI tulevik
Viimasel ajal saate tehisintellektist kuulda ja lugeda kõikjal. See tähendab, et paljude inimeste unistus on täitumas – peagi astub meie aju tehnoloogiaga sümbioosi. Kahtlemata saab sellest inimkonna arengus uus ajastu. Uus teadmiste tase ja võimalused. Tänu aju-arvuti liidesele ilmub paljudes teadusvaldkondades suur hulk uusi ja olulisi avastusi. Lisaks meditsiinilistel eesmärkidel kasutamisele saab NCI juba ühendada kasutaja virtuaalreaalsuse seadmetega. Näiteks virtuaalne arvutihiir, klaviatuur, virtuaalse reaalsuse mängude tegelased jne.
Juhtimine ilma käteta
Neuroarvuti liidese põhiülesanne on leida võimalus seadmete juhtimiseks ilma lihaste abita. Selle valdkonna avastused annavad halvatud inimestele rohkem võimalusi liikumiseks, autojuhtimiseks ja vidinateks. Juba praegu ühendab NCI sujuv alt inimese aju ja arvuti tehisintellekti. See sai võimalikuks tänu inimaju põhimõtete põhjalikule uurimisele. Nende põhjal koostatakse programme, mille põhjal töötavad NCI ja tehisintellekt.
NTI robootikas
Kuna teadlased avastasid, et teatud ajupiirkonnad vastutavad lihaste liikumise eest, tekkis neil kohe idee, et inimese aju suudab juhtida mitte ainult oma keha, vaid ka humanoidmasinat. Praegu luuakse palju erinevaid robotmasinaid. Sealhulgas humanoidid. Robootikud pingutavad oma humanoidsetes töödesjäljendada päris inimeste käitumist. Kuid seni on programmeerimine ja tehisintellekt selle ülesandega pisut halvemini toime tulnud kui NCI. NC-liidese abil saate robotjäsemeid juhtida eem alt. Näiteks kohtades, kuhu inimese ligipääs on võimatu. Või töödel, mis nõuavad ehete täpsust.
NCI halvatuse korral
Kahtlemata on meditsiinis kõige nõutum aju-arvuti liides. Käte, jalgade proteeside juhtimine, ratastooli mõistusega juhtimine, teabe haldamine nutitelefonides, käteta arvutites jne. Kui need uuendused muutuvad üldlevinud, siis paraneb praegu piiratud liikumisvõimega inimeste elatustase. Aju edastab kehast mööda minnes kohe seadmetele käsud, mis aitavad puudega inimesel keskkonnaga paremini kohaneda. Kuid neuroproteesimist proovides seisavad spetsialistid silmitsi probleemidega, millele nad tänaseni lahendust ei leia.
Aju-arvuti liidese plussid ja miinused
Vaatamata asjaolule, et NC-liidese kasutamisel on palju eeliseid, on selle kasutamisel ka puudusi. NCI arendamisel meditsiinis on eeliseks asjaolu, et inimese aju (eriti selle ajukoor) kohandub väga hästi muutustega, mistõttu on NCI liidese võimalused peaaegu piiramatud. Küsimus on ainult uute tehnoloogiate arendamise ja avastamise taga. Kuid siin on probleeme.
Kehakudede kokkusobimatus seadmetega
Esiteks, kui sisestateimplantaadid invasiivsel viisil (kudede sees), on väga raske saavutada nende täielikku ühilduvust patsiendi kudedega. Neid materjale ja kiude, mis tuleb täielikult orgaanilisse koesse implanteerida, alles luuakse.
Ebatäiuslik tehnika võrreldes ajuga
Teiseks on elektroodid ikka palju lihtsamad kui aju neuronid. Nad ei suuda veel edastada ja vastu võtta kogu infot, millega aju närvirakud hõlpsasti hakkama saavad. Seetõttu on terve inimese jäsemete liikumine palju kiirem ja täpsem kui neuroproteeside liikumine ning terve kõrv tajub helisid selgem alt ja korrektsem alt kui sisekõrvaimplantaadiga kõrv. Kui meie aju teab, millist infot välja filtreerida ja mida peamiseks pidada, siis tehisintellektiga seadmetes teevad seda inimese kirjutatud algoritmid. Kuni nad suudavad kopeerida inimaju keerulisi algoritme.
Liiga palju muutujaid, mida juhtida
Mõned teadusinstituudid plaanivad lähiajal luua mitte eraldi jala või käe neuroproteesi, vaid terve eksoskeleti tserebraalparalüüsiga inimestele. Selle proteesivormiga peab eksoskelett saama teavet mitte ainult ajust, vaid ka seljaajust. Sellise seadmega, mis on ühendatud kõigi keha oluliste närvilõpmetega, võib inimest nimetada tõeliseks küborgiks. Eksoskeleti kandmine võimaldab täielikult halvatud inimesel taastada liikumisvõime. Kuid probleem on selles, et liikumise rakendamine pole kõik, mida NCI-lt nõutakse. Eksoskelettpeab arvestama ka tasakaaluga, liigutuste koordineerimisega, ruumis orienteerumisega. Kuigi kõigi nende käskude samaaegne rakendamine on keeruline.
Inimeste hirm uue ees
Mitteinvasiivne implantaadi paigaldamise meetod on laboritingimustes tõhus, kuid tavaelus ei vasta see meetod tõenäoliselt sellele seatud ootustele. Kontakt sellise ühendusega on nõrk, seda kasutatakse peamiselt signaalide lugemiseks. Seetõttu kasutavad nad meditsiinis ja neuroproteesides reeglina elektroodide kehasse viimise kirurgilist meetodit. Kuid vähesed inimesed nõustuvad kombineerima oma keha ja tundmatut tehnikat. Olles kuulnud Hollywoodi filmidest terminaatoritest ja küborgitest, kardavad inimesed progressi ja uuendusi, eriti kui need puudutavad otseselt inimest.
