Электронные медицинские аппараты, системы и комплексы

Уже в самом начале 2000-х были созданы несколько опытных образцов систем по управлению инвалидной коляской с помощью мозг-компьютерного интерфейса на основе ЭЭГ. Но все они обладали малой точностью распознавания и высокой временной задержкой, а ведь это очень важно — цена запаздывания и ошибки при управлении любым средством передвижения очень велика. Лишь к 2009 году удалось добиться более чем 90% вероятности правильного распознавания команд и приемлемой скорости обработки сигналов.

Одну из первых инвалидных колясок с необходимыми параметрами распознавания мысленных команд представили разработчики из компании Toyota и японского исследовательского фонда RIKEN.

Используя обычный ЭЭГ-шлем, они так усовершенствовали алгоритмы обработки сигнала, что система стала способна работать со скоростью до 8 команд в секунду. При этом точность составляла более 95%. Тут http://www.youtube.com/watch?v=1VPY1d2t_FE  можно наглядно увидеть процесс управления с помощью мысли инвалидной коляской.

Однако при всех достижениях использование одной лишь электроэнцефалографии при управлении устройствами, в которых нет возможности исправить ошибку – весьма опасно. Поэтому исследователи ищут способы подстраховать системы управления мыслью. Для этого применяют системы распознавания образов, датчики расстояний и т.п.

По оригинальному пути пошли японские исследователи из Honda, Shimadzu и института ATR. Они дополнили ЭЭГ технологией спектроскопии в ближней инфракрасной области, которая позволяет в реальном времени фиксировать изменения в мозговом кровотоке. Являясь в своем роде альтернативой фМРТ, эта технология относительно более компактна и более дешева.

Применяя сдвоенную технологию “чтения мысли”, японцам удалось провести весьма впечатляющую демонстрацию “мысленного управления” роботом ASIMO. — Оператор смог дистанционно управлять с помощью своих мыслей любой из конечностей человекообразного робота на выбор. И хотя в первых экспериментах управление заключалось лишь в выборе одного из 4 вариантов движения конечностью, верность исполнения достигала 90%.

Между тем, с середины первого десятилетия 21 века в продажу стали поступать “домашние” (они же “игровые”) системы “чтения мысли”, а на самом деле – портативные ЭЭГ-устройства. Их стоимость не превышала 300 долларов. Теперь любой желающий может написать программу, обрабатывающую “мысленные команды”, и управлять с её помощью каким угодно устройством. На рисунке 3 приведен один из таких продуктов, EMOTIV INSIGHT.

Рисунок 3 – Устройство EMOTIV INSIGHT

Система Emotiv Systems была использована немецкими разработчиками для показательного опыта в управлении автомобилем “силой мысли”. В своем эксперименте участники проекта BrainDriver использовали автомобиль-робот, оснащенный  десятком датчиков и системой искусственного интеллекта. Вся эта начинка должна была подстраховывать “мозговое управление” от возможных столкновений и определять, как конкретно должна реализовываться мысленная команда.

На долю человека и, соответственно, управления мыслью в эксперименте отвели простейшие команды: поворот направо-налево, разгон и торможение. Именно их должна была распознавать доработанная Emotiv Systems и передавать в “центр управления” автомобилем. Перед началом использования необходимо настроить систему под конкретного водителя: дать возможность программе определить, какие конкретные изменения в “мозговых волнах” человека будут отвечать за выбранные команды.

И все же, как уже говорилось, современные неинвазивные технологии имеют слишком малую “разрешающую способность”. Если речь идет о реальных задачах в реальном мире, которые необходимо решать парализованным людям, то требуется другой порядок точности и разнообразия команд, которые должны “сниматься” с мозга человека.

На сегодняшний день для “тонкого” управления устройствами с помощью мысли более перспективными предстают системы с вживленными электродами (либо непосредственно в кору головного мозга, либо расположенные на его поверхности под черепной коробкой). И хотя и здесь есть нерешенные проблемы (главная из них – 100% предохранение мозга от занесения в него инфекции), но и добиться можно много большего.

Первый опыт по управлению робо-рукой с помощью “силы мысли” был осуществлен в 2005 году группой под руководством Лея Хохберга. Пораженному тетраплегией Мэтту Нэглу был вживлен в мозг 96-контактный имплантат. Снимаемые с него сигналы позволили Мэтту совершать простейшие движения робо-рукой, управлять курсором на экране компьютера, включать свет, переключать каналы телевизора и даже играть в компьютерные игры.

10 октября 2011 года Медицинская  школа университета Питсбурга опубликовала сообщение об успешном завершении испытаний полноценной робо-руки, которая управлялась полностью парализованным Тимом Хеммесом. Управление осуществлялось с помощью новейшего BCI (brain-computer interface / мозг-компьютерный интерфейс); контакт с мозгом обеспечивали электроды, помещенные непосредственно на двигательную зону коры головного мозга. Это достижение явилось прямым продолжением экспериментов с обучением обезьян управлять различными манипуляторами, используя только “силу своего мозга".