Как подключить мозг к компьютеру
neuromatix про
интерфейс мозг-компьютер
Архивы
Свежие записи
Как Вы можете подключить свой мозг к компьютеру используя мозговые волны.
Данный материал поможет Вам разобраться каким именно образом работают разнообразные нейроустройства предлагаемые нашей компанией.
Прежде всего давайте поговорим о том, как работает наш мозг и что такое мозговые волны. Благодаря исследованиям мы знаем, что человеческий мозг представляет собой колоссальную нейронную сеть.
Наш разум — колоссальная нейронная сеть.
Когда мы мыслим, испытываем разнообразные эмоции и чувства, то специальные клетки, нейроны, взаимодействуют между собой через специальные отростки называемые аксонами. Данного рода взаимодействие имеет электрохимическую природу. Когда взаимодействуют большие группы нейронов(сотни тысяч) единовременно, то в результате электрохимической активности генерируется электрическое поле достаточной мощности для того, чтобы быть зафиксированным с внешней части головы.
Таким образом датчики расположенные в определенных местах головы и прилегающие к коже могут воспринять такого рода информацию. Более того, современные разработки продемонстрировали нам, что для того чтобы получить электроэнцефолографицеский(ЭЭГ) сигнал от головного мозга с медицинской точностью не ниже 96%, достаточно использовать один сухой датчик плотно прилегающий к передней лобной части черепа. Кроме этого используется индифферентный датчик. Такой датчик используется для подключения к так называемой «нулевой точке», то есть к такой части, в которой отсутствует биоэлектрическая активность головного мозга. При работе устройств ЭЭГ «нулевая точка» подключения индифферентного датчика используется для измерения разницы потенциалов с основным, рабочим датчиком. Индифферентный датчик обычно крепится к мочке уха.
На описанном выше принципе работают все нейро-гарнитруры Neurosky, которые мы предлагаем и о работе которых мы говорим. И так теперь нам понятен механизм возникновения электрического поля и механизм получения информации о нем внешними устройствами.
Но какую именно информацию несут нам эти электрические колебания, и как мы ее можем использовать?
Так выглядят типы волн выделенные из общего спектра.
И так мы получаем исходный, так называемый сырой сигнал от головного мозга. Обычно сырой сигнал получается в диапазоне от 0 до 70 Гц. Исследования показали, что в данном сигнале можно выделить определенные диапазоны, которые отражают определенные виды активности головного мозга. Обычно выделяют 5 основных диапазонов, а именно:
Дельта волны : диапазон от 0 до 4 Гц
Тета волны : диапазон от 4 до 8 Гц
Альфа волны: диапазон от 8 до 12 Гц В некоторых программах данный диапазон представляют, как Низкие Альфа(8-10 Гц) и Высокие Альфа(10-12 Гц)
Бета волны: диапазон от 12 до 30 Гц В некоторых программах данный диапазон представляют, как Низкие Бета(12-18 Гц) и Высокие Бета(18-30 Гц)
Гама волны: диапазон от 30 до 70 Гц В некоторых программах данный диапазон представляют, как Низкие Гама(30-50 Гц) и Высокие Гама(50-70 Гц)
Вот как это выглядит в рабочем окне программы записи психологических ЭЭГ сессий MindRec. В верхней левой части экрана представлен сырой(Raw) сигнал. В правой части экрана Вы видите выделенные из общего спектра типы мозговых волн, о которых идет наше повествование.
Как и писалось ранее, исследования показали, что определенные уровни волн соответствующие указанным диапазонам в общем спектре соответствуют определенным видам мозговой активности, а именно:
Дельта волны самые медленные в спектре и обычно ассоциируются с глубоким сном без сновидений. В нормальном состоянии уровень данных волн в сигнале уменьшается, когда человек пытается сфокусироваться. Увеличение уровня дельта активности связано с понижением уровня осознания окружающего пространства и уровнем осознания информации ассоциирующейся с бессознательным. Интересно, что в возрасте 75 лет Дельта волны, как индикаторы глубокого сна, могут быть совершенно не представлены в спектре. Так же интересно, что данные волны доминируют в ЭЭГ детей в возрасте до одного года. В состоянии глубокого сна, который характеризуется высокой Дельта активностью, происходит наиболее эффективное восстановление организма. Так же есть и определенные свойства Дельта волн, которые в данный момент еще не изучены. В частности, некоторые источники утверждают, что Дельта активность свойственна состояниям проявления интуиции, некоторым неосознанным нами проявлениям бессознательного.
Тета волны обычно ассоциируются с состоянием глубокого расслабления, сонливостью, дремотой, состоянием сна у более взрослых детей и взрослых. Так же могут фиксироваться у маленьких детей даже в состоянии бодрствования. Тета активность достаточно высока, когда человек находится в медитативном состоянии или концентрируется на внутреннем мире. Все действия, которые заучены до автоматизма так же характеризуются высокими показателями Тета волн. Например, вождение автомобиля по свободной дороге или принятие душа. Так же данными волнами отображаются состояния вдохновения, неожиданные проявления креативных идей и т.д. Дети имеют склонность к более сильному проявлению Тета активности в спектре.
В нормальных условиях Альфа волны являются проявлением расслабленного состояния сознания для взрослого человека. Так же эти волны на определенном уровне отображают хорошее настроение, состояние внутреннего «уюта». Когда Вы отключаетесь от окружающего, закрываете глаза, позволяете образам самостоятельно появляться в Вашем сознании – наступает Альфа состояние. Альфа волны отражают связь сознания с подсознанием. Тренировка своего сознания на вхождение в Альфа состояние будет очень полезной, как тренинг медитативного состояния, а так же тренинг повседневной стрессоустойчивости. Так же Альфа состояние является весьма желательным для усвоения мозгом нового информационного материала, обучения, для выполнения нестандартных задач, требующих действий по их разработке. Альфа активность может быть увеличена, если Вы закроете глаза, расслабитесь, начнете глубоко дышать. На понижение уровня Альфа волн может повлиять следующее: сосредоточенность на некоторой задаче, внимательность, открытие глаз после релаксации. Крайне важно, чтобы в спектре мозговых волн обычного человека Алфа волны обязательно проявляли свою активность. В таком состоянии человек позитивно смотрит на мир, с легкостью решает креативные задачи. Некоторые исследования показали, что люди, у которых в обычных условиях ЭЭГ выявляет перманентно низки показатели Альфа, склонны к алкоголизму и наркомании.
Волны этого участка спектра в большей степени ассоциируются с релаксацией, состоянием отчуждения от окружающего. Можно сказать, что это в некотором смысле переходное состояние к Тета состоянию.
Волны этого участка спектра в большей степени ассоциируются с состоянием охлаждения тела, состоянием тревоги, состоянием фокусировки. Отражают повышение уровня собранности и ментальную стабильность.
Обратите внимание на приведенный выше пример. В центральной части рабочего экрана программы MindRec расположены индикаторы уровня внимательности(красный) и уровня медитации(синий). В приведенном примере мы видим, что уровень медитации достаточно высок, хотя и не максимален. Посмотрев в правую часть рабочего экрана программы, мы увидим как это отображается в спектре мозговых волн. Обратите внимание, мы видим высокие уровни по Тета волнам, по Низким Алфа. В то же самое время мы видим провалы по уровням тех волн, которые отвечают за прочие проявления мозговой активности, о которых будет написано далее.
Бета волны – это наш ритм бодрствования. Данные волны связаны с активными раздумьями, активным вниманием и сосредоточении на окружающем мире. Бета активность особенно сильна, когда Вы решаете проблемы, судите, принимаете сложные решения. Бета волны так же активно излучаются, когда человек возбужден, взволнован или испуган. При увеличении Бета активности увеличивается эффективность работы мозга, усвоения и обработки им информации. Интересно, что если увеличивается уровень внутренней тревожности, то увеличивается уровень Бета волн в ЭЭГ, в то же самое время, с повышением мышечной активности уровень Бета волн снижается.
Эта часть спектра более свойственна состояниям фокусировки, концентрации, активным размышлениям. Так же более свойственна состоянию физической релаксации при ментальном состоянии тревожности. Низкие Бета волны так же обычно связывают с максимальной производительностью при тренировках атлетов. Так же свойственны решению умственных задач, таких как чтение, математические вычисления и решение проблем.
Волны этой части спектра обычно ассоциируют с бдительностью, настороженностью, взволнованностью, возбуждением. Высокий уровень этих вол отображается в состоянии паники.
Эти волны отражают когнитивные процессы проходящие в сознании. Они отражают консолидацию информации, то есть, переход ее из кратковременной памяти в долговременную. В состоянии преобладания Гамма волн происходят инсайты. Высокие уровни показателей Гамма волн ассоциируются с интеллектуальной деятельностью, проявлениями сострадания, эмпатии и самоконтролем. Так же была выявлена корреляция между Гамма волнами и трансцендентными состояниями сознания. В целом эти волны, как самые быстрые, являются отражением пиковой работы сознания.
Эта часть спектра проявляется при обучении, занятиях и ментальной активности. Хорошо и устойчиво демонстрируемая Гамма активность на частоте 40 Гц является отражением хорошей памяти и высокой эффективности при решении проблем, как детьми, так и взрослыми. Соответственно показано, что низкий уровень волн данного частотного диапазона отражает низкий уровень возможности запоминания информации.
Эта часть спектра связывается с когнитивными задачами, такими, как чтение, слушание, разговор. Низкий уровень волн данной части спектра может быть связан с прекращением когнитивной активности.
На этом изображении приведен интересный пример сочетания мозговых волн, которое распознается, как единовременное состояние высокой концентрации(внимательности) и релаксации. В западной терминологии такое состояние называется Zone.Как видите доминируют Высокие Альфа и Высокие Гамма. Пример приведен из программы Brainwave Vizualizer, которая поставляется в комплекте со всеми нейро-гарнитурами Neurosky Mindwave Mobile.
И так мы разобрались с тем, каким именно образом и какую именно информацию от головного мозга можно получить с помощью нейро-гарнитур и датчиков выпускаемых компанией Neurosky. Теперь рассмотрим то, как и для каких целей это можно использовать. Можно условно выделить несколько направлений использования данной технологии.
1.Для игр и развлечений, для управления программами и устройствами.
2.Для саморазвития, для личных ментальных тренингов, для тренингов по развитию детей, улучшению их успеваемости.
3.Для работы психологов, психологов-консультантов, прочего профессионального использования.
Рассмотрим возможности применения в указанных выше направлениях.
Для игр и развлечений, для управления программами и устройствами.
Как писалось выше, на основе проявляемой волновой активности головного мозга можно сделать выводы о состоянии сознания, об эмоциональном состоянии. При этом, для того чтобы представить полную картину состояния сознания в конкретный текущий момент времени необходимо использовать либо специальные профессиональные программы, либо обратиться за разъяснениями к профессионалу. Однако большинство программ и специализированных процессоров, на основе получаемых данных о мозговых волнах, могут точно определить уровень концентрации, медитации. Могут определить уровень этих состояний и скорость их достижения. Таким образом, любой неподготовленный пользователь такого рода игр и устройств сможет управлять игровым процессом, программой или неким устройством совершенно без предварительной подготовки. То есть мы действительно управляем устройствами и играми силой своей мысли. Рассмотрим как это работает на простом примере игры MindFlex.
В этой игре игрок используя одеваемый на голову обруч с установленными датчиками управляет основным игровым объектом – шариком. Шарик висит в воздухе над игровым полем. Игрок, используя свои уровни медитации и концентрации, управляет высотой шарика, который двигается по игровой площадке с помощью ручного регулятора. Таким образом, для того, чтобы удерживать шарик на определенной высоте в течении определенного времени, игроку требуется поддерживать состояние концентрации и медитации на определенных уровнях в течении определенного времени. Мы концентрируемся – шарик поднимается, мы медитируем – шарик опускается. Чем более ярко выражено состояние, тем выше или ниже шарик. Более того, для того чтобы произвести «мозговой выстрел», то есть произвести выстрел шариком из специальной пушки на игровом поле, необходимо резко достичь максимально высокого уровня концентрации максимально быстро. Такой же принцип используется для большинства игр и игровых программ, работающих на данном принципе. Например, первый в мире игрушечный вертолет управляемый силой мысли Puzzlebox Orbit Helicopter, действует на точно таком же принципе.
Стоит упомянуть, что играя в подобные игры, как физические, так и компьютерные, параллельно происходит и ментальный тренинг. То есть, игрок учится концентрироваться и расслабляться до определенного уровня за определенное время, удерживать достигнутые состояния нужное время. Как мы и писали в начале повествования, рассказывая о мозговых волнах, такого рода работа со своими состояниями крайне полезна для получения навыков владения своим сознанием. То есть, несколько упрощая, скажем, что для того, чтобы, например, шарик в игре MindFlex поднялся в воздух конечно можно и следует думать о том, что мячик должен подняться, концентрироваться на этом процессе. При этом стоит понимать, что шарик будет подниматься в воздух, не потому, что игрок дает ему именно такую мозговую команду, а потому, что он достигает определенного уровня концентрации на этой мысли. Стоит повториться, что большинство игр и игровых программ используют для управления именно эти два основных показателя – концентрация и медитация. Такого рода управляющие команды подходят для использования любым неподготовленным пользователем. Однако если пользователь нейроустройства уже может владеть своим сознанием и его состояниями, то он может использовать игры и программы в которых используется до 4 команд единовременно. Однако стоит заметить, что управление такого рода является достаточно сложным. Так, например, медитативное состояние, как управляющая команда, может быть определено не общим уровнем Тета и Альфа, а отдельно отношениями уровней Тета и Альфа волн друг к другу. Таким образом, в области медитации может быть применено две управляющих команды вместо одной. Конечно, осознанно использовать команды такого рода можно только после определенной подготовки, которую можно провести самостоятельно с использованием программ, о которых мы поговорим далее или с помощью специалиста.
Для саморазвития, для личных ментальных тренингов, для тренингов по развитию детей, улучшению их успеваемости.
Как мы писали выше, мозговые волны отражают определенные состояния нашего сознания. Есть целый ряд программ предлагаемых нашей компанией, которые позволяют получать ЭЭГ головного мозга, раскладывать их по составляющим, видеть анализ состояния сознания. Кроме этого существуют программы, которые позволяют проводить специальные тренинги, направленные на развитие навыков вхождения в определенные состояния сознания. Более того, такие программы указывают для каких целей какого рода тренинги необходимо проводить. Наша компания предлагает такие программы, как Home Of Attention и Focus Pocus. Эти программы разработаны профессиональными психологами, предназначены для простого и доступного использования. Исследования показывают их высокую результативность. Тесты в рабочих коллективах показали, что ощутимые результаты по увеличению эффективности сотрудников наступали уже через 8 дней регулярного использования программ.
Для работы психологов, психологов-консультантов, прочего профессионального использования.
Целый ряд программ разработан специально для работы психологов. Например рассматриваемая выше в примерах программа MindRec может использоваться для записи сессий проводимых психологами. Происходит запись всех электрических сигналов головного мозга, сырого сигнала, уровней медитации и концентрации. Синхронно в программе происходит запись видео и звука с подключенной к компьютеру видео камеры. Обширное меню программы позволяет произвести любые настройки. Например установить частотные фильтры и отслеживать именно те частоты, которые необходимы. Существует множество программ для психологов и разработчиков.
Надеемся, что изложенная выше информация будет Вам полезна для понимания принципов работы предлагаемых нами нейроинтерфейсов.
Перепрошить мозг: что такое нейроинтерфейсы и на что они способны
Что такое нейроинтерфейс
Нейроинтерфейс (или интерфейс «мозг — компьютер») — это устройство и технология для обмена информацией между мозгом и внешним устройством: компьютером, смартфоном, экзоскелетом или протезом, бытовыми приборами, инвалидной коляской или искусственными органами чувств. Самый распространенный пример — прибор для электроэнцефалограммы (ЭЭГ), который используют в медицине с 1970-х годов.
История создания нейроинтерфейсов
Первым прототипом нейроинтерфейса считается электродное устройство Stimoceiver, изобретенное в 1950-х годах. Его испытали на мозге быка, заставив животное изменить направление движения.
В 1972-м ученые выпустили первый нейропротез для глухих — кохлеарный имплант, которым, по данным за 2019 год, пользуются более 700 тыс. человек в мире.
В 1998 году американский невролог Филипп Кеннеди впервые вживил нейроинтерфейс в мозг Джонни Рея, художника и музыканта, который был полностью парализован из-за травмы ствола головного мозга. Он управлял курсором на мониторе, представляя движения рук.
В 2000 году группа во главе с бразильским ученым Мигелем Николелесом создала нейроинтерфейс, который позволял обезьяне управлять джойстиком при помощи мысли. В 2021-м этот опыт повторили в Neuralink, но уже с инвазивным нейроинтерфейсом. В 2004-м появился электронный нейрочип от Cyberkinetics Inc., который вживили парализованному американцу Мэтью Бейглу, чтобы он мог управлять роборукой с помощью мозга.
В последние годы главные прорывы происходят в области нейропротезирования. В 2015 году калифорнийские исследователи разработали нейроинтерфейс, который позволяет ходить людям, парализованным по пояс. В 2016-м ученые из Германии, Швейцарии и США с помощью нейроинтерфейса смогли частично восстановить поврежденный спинной мозг пациента. В том же году британец Нил Харбиссон, от рождения не различающий цвета, разработал специальную камеру, которая преобразовывает цвет в звуки и посылает их во внутреннее ухо. А в 2021-м группа исследователей из Калифорнии создала нейропротез, который помогает улучшить память на 30%.
Типы нейроинтерфейсов
По типу взаимодействия нейроинтерфейсы бывают однонаправленные и двунаправленные. Первые либо принимают сигналы от мозга, либо посылают их ему. Вторые могут и посылать, и принимать сигналы одновременно. Однонаправленные уже существуют и функционируют, тогда как двунаправленные пока что представлены только в виде концепции.
По расположению различают инвазивные, малоинвазивные и неинвазивные нейроинтерфейсы. Первые вживляют в мозг, вторые располагают на поверхности мозга, а треть — на голове. Чем ближе к мозгу расположены электроды нейроинтерфейсов, тем лучше они передают сигнал.
С точки зрения функций выделяют нейроинтерфейсы для управления чем-либо с помощью мозга или для восстановления/дополнения его функций. Последнее актуально при поражениях мозга при рассеянном склерозе, деменции, болезни Альцгеймера или Паркинсона.
Как работают нейроинтерфейсы
Однонаправленные нейроинтерфейсы — или интерфейсы «мозг-компьютер» — регистрируют электроэнцефалограмму — то есть электрическую активность мозга. Образуя нейронные связи и передавая сигналы между нейронами, наш мозг излучает электрические импульсы. Эту ЭЭГ расшифровывает компьютер и преобразует в команды для системы или внешних устройств.
Инвазивные нейроинтерфейсы в виде маленьких пластинок с электродами вживляют в кору головного мозга. Неинвазивные размещают на голове в виде шлема или отдельных электродов. Для улучшения проводимости их иногда смачивают водой или специальным гелем.
Чтобы расшифровать импульсы мозга, ученые используют алгоритм, который сам вычленяет нужные сигналы или дает готовые параметры, которые система ищет в потоке данных. В первом случае интерфейс с большей вероятностью сможет предсказать, о каком движении думает человек. Во втором случае для точного результата нам нужно хорошо понимать, как именно то или иное намерение проявляется в сигнале мозга. К сожалению, пока что этот вопрос не до конца изучен.
В нейроинтерфейсах с двусторонней связью информация в виде данных о работе мозга, звуков, образов, тактильных ощущений передается в компьютер, затем анализируется и передается в мозг — при помощи стимуляции клеток центральной и периферической нервной системы.
Где применяются нейроинтерфейсы
Сегодня главных сфер применения всего две:
Сейчас ведется множество разработок, которые расширят сферу применения и возможности нейроинтерфейсов. Например, не так давно был создан биосинтетический материал, который можно будет использовать в качестве нейрочипа, который подключает мозг к искусственному интеллекту.
Кто создает нейроинтерфейсы в мире
Пока что на рынке преобладают неинвазивные устройства. Большинство из них представляют собой мобильные ЭЭГ-гарнитуры или шлемы с разным числом электродов набором функций.
Emotiv Systems в 2009 году разработала Emotiv EPOC — нейроинтерфейс в виде шлема с 14 электродами, регистрирующий 13 частот мозга, сокращения мышц и движения головы с помощью двух гироскопов. Он распознает эмоциональное состояние и уровень стресса, помогая создавать 3D-модели мозга и диагностировать психические расстройства.
NeuroSky выпускает мобильные ЭЭГ-гарнитуры MindWave для анализа активности мозга. Ее используют, чтобы играть в игры или управлять героями интерактивных фильмов. Чуть позже появились наушники MindSet, для тех же целей.
Канадская InteraXon одной из первых в 2014 году вышла на рынок с Muse — мобильной ЭЭГ-гарнитурой с четыремя электродами, которые взаимодействуют со смартфоном или компьютером. Гарнитура помогает улучшить концентрацию и медитировать, преобразуя сигналы мозга в звуки.
Международные корпорации тоже разрабатывают свои нейроинтерфейсы. Например, Nissan внедряет подобные технологии для улучшения управляемости и безопасности автомобиля на дороге. Такой нейрошлем помогает лучше реагировать на изменение ситуации, предсказывая реакцию и действия водителя.
Facebook ведет разработки технологии, которая поможет пользователям публиковать посты и комментарии без помощи клавиатуры. В первую очередь, эта функция будет полезна парализованным людям: благодаря ей они смогут печатать со скоростью 100 слов в минуту, что в пять раз быстрее, чем набор на смартфоне. Нейроинтерфейс будет неинвазивным, а над разработкой системы его управления трудятся ведущие университеты и исследовательские лаборатории США. Они занимаются алгоритмами машинного обучения для распознавания и визуализации нейронных сигналов.
Среди инвазивных нейроинтерфейсов самый известный — нейрочип от Neuralink Илона Маска. Еще в 2016-м, когда стартовал проект, бизнесмен утверждал: «Все мы практически уже киборги».
Первую презентацию компания провела в августе 2020 года. На ней показали свиней с нейрочипами, чья мозговая активность отображалась на экране.