Postupně do našich životů vstupuje mnoho nových věcí. Vývoj technologií se nezastaví a zítra se může stát to, o čem jsme si včera ani netroufali snít. Neuropočítačové rozhraní (NCI) vytváří skutečné spojení mezi lidským mozkem a technologií, jejich částečnou interakci.
Co je NCI?
NCI je systém pro výměnu informací mezi lidským mozkem a elektronickým zařízením. Výměna může být obousměrná, kdy elektrické impulsy přicházejí ze zařízení do mozku a naopak, nebo jednosměrná, kdy informace přijímá pouze jeden objekt. Jednodušeji řečeno, NCI je to, čemu se říká „řízení síly myšlenky“. Velmi důležitý objev, který je již široce používán v mnoha oblastech života.
Jak NCI funguje?
Neurony mozku si navzájem předávají informace pomocí elektrických impulsů. Jedná se o velmi složitou a spletitou síť, kterou vědci ještě nemohou plně analyzovat. Ale s pomocí NCI bylo možné číst část informací mozkových impulsů a přenášet je do elektronických zařízení. Na oplátku se mohou transformovatimpulsy k akci.
Historie studia NCI
Je pozoruhodné, že základem pro vývoj NC rozhraní se staly práce ruského vědce IP Pavlova o podmíněných reflexech. Důležitou roli ve studiu NCI sehrála také jeho vlastní práce na regulační roli mozkové kůry. Výzkum IP Pavlova probíhal na počátku dvacátého století v Institutu experimentální medicíny v Petrohradě. Později Pavlovovy myšlenky ve směru rozhraní NC rozvinuli sovětský fyziolog P. K. Anokhin a sovětský a ruský neurofyziolog N. P. Bekhtereva. Globální výzkum NCI začal teprve v 70. letech 20. století ve Spojených státech. Pokusy byly prováděny na opicích, krysách a dalších zvířatech. V průběhu výzkumu vědci pracující s experimentálními opicemi zjistili, že určité oblasti mozku jsou zodpovědné za pohyby jejich končetin. Od tohoto objevu byl další osud NCI zpečetěn.
Elektroencefalografie (EEG)
Elektroencefalografie je metoda čtení elektronických impulsů mozku neinvazivním připojením elektrod k hlavě člověka. Neinvazivní metoda je metoda, při které se elektrody připevňují na hlavu člověka nebo zvířete, bez přímého zavedení do mozkové kůry. Metoda EEG se objevila poměrně dávno a významně přispěla k rozvoji rozhraní mozek-počítač. Metoda EEG se používá dodnes, protože je levná a účinná.
Fáze NCI
Informace pocházející z lidského mozku jsou zpracováványelektronické zařízení ve čtyřech krocích:
- Příjem signálu.
- Předběžná úprava.
- Interpretace a klasifikace dat.
- Výstup dat.
První fáze
V první fázi se elektrody buď zavádějí přímo do mozkové kůry (invazivní metoda), nebo se připevňují na povrch hlavy (neinvazivní metoda). Začíná proces čtení informací z mozkových buněk. Elektrody shromažďují data z jednotlivých systémů neuronů odpovědných za různé akce.
Předběžná úprava
V druhé fázi rozhraní mozek-počítač jsou přijaté signály předzpracovány. Zařízení získává charakteristiky signálu, aby zjednodušilo složité složení dat, odstranilo zbytečné informace a šum, který narušuje jasné mozkové signály.
Třetí fáze
Ve třetí fázi rozhraní NDT jsou informace interpretovány z elektrických impulsů do digitálního kódu. Označuje akci, signál, který dal mozek. Výsledné kódy jsou poté klasifikovány.
Výstup dat
Výstup informací probíhá ve čtvrté fázi. Digitalizovaná data jsou odesílána do zařízení připojeného k mozku, které vykonává mentálně daný příkaz.
Neuroprotetika
Jednou z hlavních oblastí implementace mozkového rozhraní je medicína. Nervové protézy jsou určeny k obnovení spojení mezi lidským mozkem a činností jeho orgánů, k náhradě orgánů poškozených nemocí či úrazem s následnou obnovou funkcí zdravého organismu. NCI může být zvláště dobré pro lidi s paralýzou nebo ztrátou končetin. Při použití neurálních protéz se využívá princip fungování rozhraní mozek-počítač. Velmi zjednodušeně řečeno, člověk je vybaven protetickými pažemi nebo nohami, ze kterých vedou elektronické implantáty do oblasti mozku zodpovědné za pohyb této končetiny. Neuroprotetika prošla mnoha testy, ale úskalí jejího hromadného použití spočívá v tom, že NCI nedokáže plně číst mozkové signály a ovládání protéz v běžném životě mimo laboratoř je obtížné. Před několika lety chtělo Rusko zavést výrobu neuroprotéz, ale zatím to nebylo realizováno.
Sluchové protézy
Pokud se protetické končetiny ještě neobjevily na masovém trhu, pak se kochleární implantát (protéza, která pomáhá obnovit sluch) používá již dlouhou dobu. Pro jeho přijetí musí mít pacient výrazný stupeň senzorineurální nedoslýchavosti (tj. taková ztráta sluchu, při které je narušena schopnost sluchadla přijímat a analyzovat zvuky). Obnova sluchu pomocí kochleárního implantátu se používá, když konvenční sluchadlo nedává očekávané výsledky. Implantát je implantován do ušního aparátu a přilehlé části hlavy jako výsledek chirurgického zákroku. Stejně jako jakékoli jiné rozhraní mozek-stroj musí kochleární implantát uživateli zcela sedět. Aby se pacient naučil, jak jej používat a začal vnímat implantát jako nové ucho, musí podstoupit dlouhou rehabilitaci.
Budoucnost NCI
V poslední době můžete všude slyšet a číst o umělé inteligenci. To znamená, že se plní sen mnoha lidí – náš mozek brzy vstoupí do symbiózy s technologiemi. Nepochybně to bude nová éra ve vývoji lidstva. Nová úroveň znalostí a příležitostí. Díky rozhraní mozek-počítač se v mnoha oblastech vědy objeví velké množství nových a důležitých objevů. Kromě využití pro lékařské účely již NCI dokáže uživatele propojit se zařízeními pro virtuální realitu. Například virtuální počítačová myš, klávesnice, postavy ve hrách virtuální reality atd.
Správa bez rukou
Hlavním úkolem neuropočítačového rozhraní je najít možnost ovládání zařízení bez pomoci svalů. Objevy v této oblasti poskytnou lidem s paralýzou více příležitostí v pohybu, řízení a gadgetech. Již nyní NCI hladce kombinuje lidský mozek a počítačovou umělou inteligenci. To bylo možné díky hlubokému studiu principů lidského mozku. Na jejich základě se sestavují programy, na kterých NCI a umělá inteligence fungují.
NTI v robotice
Vzhledem k tomu, že vědci zjistili, že určité oblasti mozku jsou zodpovědné za pohyb svalů, okamžitě je napadlo, že lidský mozek může ovládat nejen své vlastní tělo, ale také ovládat humanoidní stroj. V současnosti vzniká mnoho různých robotických strojů. Včetně humanoidů. Robotici se snaží ve svých humanoidních dílechnapodobovat chování skutečných lidí. Programování a umělá inteligence si ale s tímto úkolem zatím poradí o něco hůře než NCI. Pomocí NC rozhraní můžete ovládat robotické končetiny na dálku. Například v místech, kam je lidský přístup nemožný. Nebo v zaměstnáních, která vyžadují přesnost šperků.
NCI pro paralýzu
V medicíně je bezpochyby nejžádanějším rozhraním mozek-počítač. Ovládání protetických paží, nohou, ovládání invalidního vozíku myslí, správa informací v chytrých telefonech, počítačích bez rukou atd. Pokud se tyto novinky stanou všudypřítomnými, zlepší se životní úroveň lidí, kteří jsou v současnosti omezeni v pohybu. Mozek bude okamžitě přenášet příkazy do zařízení, obcházet tělo, což pomůže člověku s handicapem lépe se přizpůsobit prostředí. Při zkoušení neuroprotetiky však specialisté čelí některým problémům, které dodnes nemohou najít řešení.
Pro a proti rozhraní mozek-počítač
Navzdory skutečnosti, že používání NC rozhraní má mnoho výhod, má také své nevýhody. Výhodou při rozvoji NCI v medicíně je skutečnost, že lidský mozek (zejména jeho kůra) se velmi dobře přizpůsobuje změnám, díky čemuž jsou možnosti rozhraní NCI téměř neomezené. Otázka je pouze za vývojem a objevováním nových technologií. Ale jsou tu nějaké problémy.
Nekompatibilita tělesných tkání se zařízeními
Za prvé, pokud zadáteimplantáty invazivním způsobem (uvnitř tkání), je velmi obtížné dosáhnout jejich plné kompatibility s tkáněmi pacienta. Ty materiály a vlákna, které musí být plně implantovány do organické tkáně, se teprve vytvářejí.
Nedokonalá technika ve srovnání s mozkem
Zadruhé, elektrody jsou stále mnohem jednodušší než mozkové neurony. Nejsou ještě schopny přenášet a přijímat všechny informace, které nervové buňky mozku zvládnou s lehkostí. Pohyb končetin zdravého člověka je proto mnohem rychlejší a přesnější než pohyb neuroprotéz a zdravé ucho vnímá zvuky zřetelněji a správněji než ucho s kochleárním implantátem. Pokud náš mozek ví, jaké informace odfiltrovat a které považovat za hlavní, pak to v zařízeních s umělou inteligencí dělají člověkem psané algoritmy. Dokud nebudou schopni replikovat složité algoritmy lidského mozku.
Příliš mnoho proměnných k ovládání
Některé vědecké ústavy plánují v blízké budoucnosti vytvořit nikoli samostatnou neuroprotézu nohy nebo paže, ale celý exoskelet pro lidi s dětskou mozkovou obrnou. U této formy protézy musí exoskeleton přijímat informace nejen z mozku, ale také z míchy. S takovým zařízením, spojeným se všemi důležitými nervovými zakončeními těla, lze člověka nazvat skutečným kyborgem. Nošení exoskeletu umožní zcela paralyzovanému člověku znovu získat schopnost pohybu. Problém je ale v tom, že implementace hnutí není vše, co se od NCI vyžaduje. Exoskeletonmusí brát v úvahu i rovnováhu, koordinaci pohybů, orientaci v prostoru. Zatímco úkol současně implementovat všechny tyto příkazy je obtížný.
Strach lidí z nového
Neinvazivní metoda zavedení implantátu je účinná v laboratorních podmínkách, ale v běžném životě tato metoda pravděpodobně nesplní očekávání, která jsou na ni kladena. Kontakt s takovým spojením je slabý, používá se hlavně pro čtení signálů. Proto v medicíně a v neuroprotetice zpravidla používají chirurgickou metodu zavádění elektrod do těla. Málokdo ale bude souhlasit se spojením svého těla a neznámé techniky. Když lidé slyšeli o terminátorech a kyborzích z hollywoodských filmů, bojí se pokroku a inovací, zvláště pokud se týkají přímo člověka.
