Проектирование нейроинтерфейсов что это

Профессия будущего: Проектировщик нейроинтерфейсов

Интерфейс – это инструмент взаимодействия между человеком и компьютерной системой, внешняя часть программы или устройства, с которой работает пользователь.

Для нас уже привычными являются операционные системы в компьютере или смартфоне. Мы можем работать с текстовым редактором или сделать презентацию, найти билеты на самолёт или забронировать отель, войти в личный кабинет онлайн-банка или заказать товар в интернет-магазине.

При совершении этих уже привычных для нас действий, мы используем различные интерфейсы. Интерфейс может быть понятным, функциональным, логичным, красивым, оригинальным. А может, наоборот, быть неудобным и запутанным – и тогда крайне сложно, например, найти в Интернет-магазине нужные товары, непонятно, как оформить заказ и сохранить данные.

Теперь представьте, что по каким-либо причинам мы не можем взять в руки мышку или джойстик, использовать клавиатуру или голосовой набор. В таком случае нам необходимо придумать устройство, которое транслировало бы наши идеи прямо в компьютер. Читать мысли наука еще не научилась, но считывать невидимые глазу реакции тела современные приборы вполне умеют. Нейроинтерфейс – это программа, преобразующая микрореакции организма в действия компьютерной системы.

С помощью нейроинтерфейсов люди могут, не совершая никаких видимых движений, буквально, «силой мысли» обмениваться сообщениями, управлять механизмами или компьютерными программами.

Профессия проектировщика нейроинтерфейсов связана с разработкой совместимых с нервной системой человека операционных систем. Достижения современной науки вполне позволяют это делать уже сегодня. Возможности применения таких систем практически безграничны: в быту, на производстве, на транспорте, для управления компьютерами, домашними и промышленными роботами и так далее.

На сегодняшний день технологии нейроинтерфейсов уже используются в развлекательной индустрии. Создаются специальные шлемы для управления игровыми персонажами и прочими объектами компьютерных игр. Также ведутся разработки в протезировании и повышении качества жизни людей с ограниченными возможностями. Это профессия, в которой можно дать волю своей фантазии. Например, можно разрабатывать систему управления автомобилем без руля и педалей или любым иным механизмом, а также многое другое.

Проектирование нейроинтрефейсов – это всегда командная работа. В разработке задействованы биологи, психологи, программисты, специалисты по механике и робототехнике, математики и инженеры. Все эти специалисты могут называться проектировщиками нейроинтерфесов, хотя образование и задачи в команде у них будут разные.

Таким образом, выбирая эту профессию, не обязательно ориентироваться только на технические специальности. Можно выбирать специализацию в области биологии и психологии, но быть готовым разбираться в технических науках, а также интересоваться программированием и информатикой.

Важными качествами для разработчика нейроинтерфесов являются умение работать в команде, хорошие коммуникативные навыки, аналитическое мышление и готовность работать с большим количеством информации. Совершенно точно пригодится хорошее знание английского языка.

Заниматься проектированием интерфейсов можно в ИТ-компаниях, на биотехнологических или протезно-ортопедических предприятиях, а также в компаниях, специализирующихся на робототехнике.

Если вас заинтересовала эта профессия, но вы чувствуете себя неуверенно в мире информационных технологий, то вы можете пройти дополнительное обучение, чтобы почувствовать, что это совсем не так страшно и сложно, как кажется.

Источник

Силой мысли: история нейроинтерфейсов, современные разработки и финансовые перспективы области

Обозреватель vc.ru и автор нескольких научно-популярных книг Алесь Мищенко изучил развитие отрасли нейроинтерфейсов — технологий, которые позволяют управлять объектами «силой мысли». Он выделил основные научные и промышленные разработки в этой области, описал историю направления и предположил, как отрасль будет развиваться в дальнейшем.

Что такое нейроинтерфейс

Идея нейроинтерфейса, почти как идея межзвёздного корабля, стара как сама фантастика. Тот, кто смотрел, например, сериал «Звездные врата», знает, что управление техникой силой мысли (то есть с помощью нейроинтерфейса) — это одна из основных технологий древних высокоразвитых цивилизаций.

Нейроинтерфейс (НКИ или интерфейс «мозг — компьютер») — это, в широком смысле, устройство для обмена информацией между мозгом и внешним устройством (компьютером, экзоскелетом, искусственными органами чувств, бытовыми устройствами или инвалидной коляской). Современный уровень технологий позволяет использовать однонаправленные интерфейсы, в которых внешние устройства могут либо принимать, либо посылать сигналы мозгу. Двунаправленные многофункциональные нейроинтерфейсы, взаимодействующие с мозгом фактически как его расширение — это пока дело будущего.

Нейроинтерфейсы сочетают технологии многих областей, в том числе информатики, электротехники, нейрохирургии и биомедицинской инженерии и различаются по типу: инвазивные (с вживлением электродов в мозг), частично инвазивные (с расположением электродов на поверхности мозга) и неинвазивные (на основе технологий регистрации электрический активности мозга внешними приборами).

Нейроинтерфейсы также различают по применению (управление или восстановление функции мозга) и области использования (медицина, военная отрасль, производство, игры и развлечения)

История и области применения нейроинтерфейсов

История интерфейсов «мозг — компьютер» насчитывает более ста лет. В 1875 году Ричард Кэтон обнаружил электрические сигналы на поверхности мозга животного, а в 1929 году Ханс Бергер опубликовал результаты опытов с ЭЭГ и установил способность мозга для электрической сигнализации.

Первым нейроинтерфейсом можно считать Stimoceiver — электродное устройство, которое может управляться по беспроводной сети с помощью FM-радио. В 1950-е годы Хосе Дельгадо, нейрохирург в Йельском университете, испытал его в мозге быка, и впервые изменил направление движения животного с помощью НКИ (нейрокомпьютерного интерфейса — прим. ред.).

В 1960-е годы нейрофизиолог Грей Уолтер, используя электроды на коже головы человека, зарегистрировал возбуждения от движения большого пальца человека. В 1972 году был создан кохлеарный имплант — первый нейропротез, ставший коммерчески успешным на рынке. Сегодня более 25 тысяч человек используют эти устройства, позволяющие глухим людям слышать.

В 1998 году Филип Кеннеди внедрил первый нейроинтерфейс в обследуемого человека. Им был художник и музыкант Джонни Рей. Думая или представляя движения рук, Рей управлял курсором на экране компьютера. В 1999 году группа Яна Дэна из Университета Калифорнии расшифровала сигналы зрительной системы кошки и воспроизвела изображения, воспринимаемые её мозгом. К 2000 году группа Николелиса создала НКИ, воспроизводящий движения обезьяны во время манипуляций джойстиком. А в июне 2004 года первый «человек-киборг» Мэтью Нэйгл получил полнофункциональный нейроимплант с нейроинтерфейсом от Cyberkinetics Inc.

В России с 2009 года в рамках проекта NeuroG разрабатываются алгоритмы распознавания зрительных образов человеком. В 2011 году в Политехническом музее Москвы проектом NeuroG была проведена демонстрация распознавания воображаемых образов.

Как видно, нейроинтерфейсы находятся на старте своих возможностей. Можно только представить, к чему эта технология может привести нас в будущем.

Но уже сейчас нейроинтерфейсы занимают ниши во многих областях применения. И первая область — это медицина. Нейроинтерфейсы используются в неврологической диагностике. Кроме того, уже существуют приборы НКИ-нейрофидбэка, которые способствуют восстановлению функций мозга — пациент учится управлять своим состоянием на основании такой обратной связи.

Другим перспективным направлением является нейропротезирование. Когда невозможен «ремонт» поврежденных проводящих нервов, например, в парализованной конечности, их можно заменить электродами, которые служат для проведения сигналов к мышцам. Сейчас, кроме кохлеарных имплантатов, существуют уже нейронные имплантаты сетчатки глаза, которые помогают восстановить зрение. В будущем такие системы могут быть использованы для манипулирования роботами-«аватарами».

Игры и устройства виртуальной реальности — вторая после медицины область применения НКИ. И здесь виртуальные роботы-«аватары», управляемые НКИ, существуют уже сейчас.

Принцип нейроинтерфейса (то есть, фактически, управление предметами «силой мысли») выглядит чрезвычайно привлекательным для потребителя. Действительно, кто откажется, например, с помощью НКИ и 3D-принтера «материализовать воображение», создавая представленные им предметы или предметы искусства — картины, виртуальные скульптуры или нейро-видео-арт.

Но с реализацией нейроинтерфейсов всё не так просто.

Сложности применения нейроинтерфейсов

Основной проблемой с инвазивными и полуинвазивными нейроинтерфейсами является повреждение нервной ткани электродом — нервы в месте контакта просто отмирают с течением времени. Необходимы технологии разъединения нервной ткани и электрода, обеспечивающие стабильное соединение. Другая проблема заключается в нахождении «правильного нерва» для контакта с электродом, что трудно в плотно упакованной коре мозга.

Не только мозг, но и вся нервная ткань является очень хрупким объектом. Это мешает созданию НКИ, контактирующих, например, с сетчаткой (где уже находятся пять слоёв нейронов визуальной обработки). Для устройств, взаимодействующих со здоровой сетчаткой, более перспективны не НКИ, а мини-дисплеи, проецирующие изображение непосредственно на сетчатку, или дисплеи-контактные линзы, которые уже сейчас можно увидеть в шпионских фильмах

Ещё одной проблемой является энергообеспечение нейроинтерфейсов. Здесь уместно вспомнить фильм «Матрица», в котором люди использовались в качестве батареек. И действительно, работа мышц производит достаточно электричества не только для миниустройств, но и для, например, встроенных телефонов будущего (например, дыхание — около 1 Вт, ходьба — более 50 Вт) — если часть этого напряжения использовать для нейроинтерфейсов, они могут работать без необходимости подключения к внешним источникам энергии.

Но самой серьёзной проблемой является точность НКИ. Если для инвазивных НКИ точность зависит скорее от нейрохирурга и материалов, обеспечивающих надёжный контакт с правильной группой нейронов, то для неинвазивных нейроинтерфейсов точность — это прежде всего точность алгоритмов обработки регистрируемой информации.

Задача неинвазивных нейроинтерфейсов — восстановить активность группы нейронов по электрическому или магнитному полю. Эта задача является математически некорректной — она не имеет единственного решения.

Есть и альтернатива — экспериментальное установление связи между желаемым результатом работы нейроинтерфейса (например, желаемым движением робота или протеза руки) и регистрируемой при этом желании активностью датчиков. Таким образом происходит «обучение» нейроинтерфейса, после которого он работает в режиме «желание определённого движения — команда соответствующим моторам». И, конечно, установленная связь далеко не всегда является точной, устойчивой к ошибкам, к активности других электродов и временным изменениям.

И тем не менее, рынок нейроинтерфейсов уже начал свой осторожный рост.

Рынок нейроинтерфейсов

По прогнозам Мarkets and Markets (октябрь 2016 года), рынок нейроинтерфейсов начнёт расти вслед за исследованиями расстройств и травм мозга, а также нарушений его работы. Кроме того, спрос на биосовместимые материалы будет дополнительно стимулировать рост рынка.

Среди факторов, ограничивающих рост этого рынка, Мarkets-and-markets упоминает прежде всего нехватку квалифицированных технических специалистов для создания и обслуживания сложных нейроинтерфейсов.

И, тем не менее, по прогнозам Аlliedmarketresearch (2015 год), объём рынка нейроинтерфейсов увеличится в период с 2014 года по 2020 год на 12% и к 2020 году станет одной из самых наукоёмких технологий в следующих областях (в порядке убывания доли на рынке): медицина, игры и развлечения, связь и телекоммуникации, «умные» дома.

Интересно, что доля полуинвазивных и инвазивных нейроинтерфейсов на рынке будет суммарно даже больше доли неинвазивных нейроинтерфейсов. «Все мы практически уже киборги», — так сказал в интервью самый известный современный инноватор и изобретатель Элон Маск.

По мнению Аlliedmarketresearch, рост рынка нейроинтерфейсов зависит от развития медицины мозговых нарушений, влияющих на движение частей тела, совершенствование инфраструктуры здравоохранения в динамично развивающихся странах, таких как Индия и Китай, а также использования сенсорных технологий и нейротехнологий в области игр и развлечений.

Среди крупных игроков, работающих на рынке нейроинтерфейсов — прежде всего американская Mind Technologies, а также ирландская Covidien, австралийская Compumedics, американская Natus Medical, японская Nihon Kohden, американские Integra Life Sciences, CAS Medical Systems и Advanced Brain Monitoring.

Нейроинтерфейс у вас дома

Первое применение нейроинтерфейсов в области игр и развлечений — это произведённая в 2003 году шведской компанией Interactive Productline настольная игра Mindball, в которой два игрока с помощью электрической активности своего мозга управляют катящимся по столу мячиком.

Сейчас на рынке развлекательных нейроинтерфейсов можно выделить трёх основных игроков: NeuroSky, Emotiv и OCZ.

Говоря об игровых нейроинтерфейсах, следует упомянуть связанную с ними иллюзию. Пользователь игровых НКИ — как коммерческих, так и созданных индивидуально — обычно считает что то, что он производит с их помощью, является следствием команд, желаний и состояний его мозга (то же написано и в рекламных буклетах).

В реальности электрическое поле, создаваемое на поверхности кожи даже небольшим напряжением подкожных мышц, превосходит электричество, вырабатываемое мозгом. Поэтому обычно напряжение лицевых мышц, сопровождающее «попытки напрячь мысль», фактически и управляет всеми игровыми НКИ.

Будущее нейроинтерфейсов

И, тем не менее, нейроинтерфейсы являются, пожалуй, одной из самых фантастических технологий, разработка которых приближает нас к новому, непохожему на сегодня, миру будущего.

НКИ потенциально позволяют, например, читать и записывать мысли. Сейчас нас отделяет от возможности определения того, о чём думает другой человек, лишь проблема отсутствия достаточно надёжных алгоритмов обработки регистрируемой информации. Впрочем, определить, например, думает ли человек о движении, вспоминает ли произошедший ранее разговор или представляет какой-то визуальный образ, можно уже сегодня.

Уже сейчас существуют исследования, способные «увидеть» изображения по их образам в зрительной коре мозга. Уже получено первое изображение сна. Пока соответствующее разрешение не превосходит нескольких пикселей — из-за проблемы неточности контакта электродов.

В будущем, когда НКИ будут распространены повсеместно, кто-то может использовать их для визуальных или звуковых спам-галлюцинаций или передавать ложную информацию.

Глубокая стимуляция мозга сейчас успешно используется для лечения болезни Паркинсона, а в будущем может быть успешно использована как для стирания, так и для создания воспоминаний, снов и визуальных образов.

Нейроинтерфейсы — потенциально очень мощная технология, она способна существенно изменить не только человеческое общество, но и самого человека, каким мы его знаем сегодня. Именно нейроинтерфейсы вместе с искусственным интеллектом и биотехнологиями будут способствовать превращению человека в новый кибербиологический вид, и далее — в новый тип организации материи, называемый футурологами и философами мыслящей материей.

Источник

Разработчик нейроинтерфейсов

Нейроинтерфейс — устройство, распознающее электрические сигналы мозга и передающее их специализированным компьютерным программам. Развитие этой технологии открывает перед человечеством невероятные возможности: от управления человекоподобными роботами до общения с помощью силы мысли (проект Silent talk оборонного агентства DARPA). Кстати, в 2021 году центр профориентации ПрофГид разработал точный тест на профориентацию. Он сам расскажет вам, какие профессии вам подходят, даст заключение о вашем типе личности и интеллекте.

Быть может, уже не за горами те времена, когда информация будет поступать напрямую в наш мозг, минуя посредников в виде языка или графических образов.

В этой статье мы расскажем вам о человеке, профессия которого — воплощать эти идеи в реальность, — разработчике нейроинтерфейсов.

Что такое нейроинтерфейс?

В широком смысле это система связи, предназначенная для обмена информацией между мозгом и внешними устройствами (компьютеры, нейропротезы, бытовые устройства и техника и др.).

В настоящее время применяются однонаправленные интерфейсы: они способы либо считывать бионейросигналы, поступающие от мозга, либо, наоборот транслировать их (используется в основном в нейропротезировании).

Следующий этап — это создание двунаправленных нейроинтерфейсов, которые позволят взаимодействовать с мозгом в обоих направлениях.

Разработка этих устройств производится на стыке многих научных сфер: биомедицинской инженерии, нейрохирургии, биологии, электротехники и информатики.

Выделяют несколько типов нейроинтерфейсов:

Другая задача, которую еще предстоит решить проектировщикам, — разработка недорогих нейроинтерфейсов, доступных для широкого круга пользователей.

Сферы использования

Уже сейчас технология непосредственного обмена информацией с мозгом используется в различных областях.

Наиболее востребованная из них — это медицина. Нейрокомпьютерные интерфейсы активно применяются в неврологической диагностике. Кроме того, созданы устройства, основанные на принципе биологической обратной связи, способствующие восстановлению ряда мозговых функций.

Также существует ряд исследований, сосредоточенных на считывании сигналов зрительной коры больших полушарий и воспроизведении того, что видит человек. Так, ученым уже удалось зафиксировать образы из снов, однако эти изображения пока очень примитивны. Интерфейсы «мозг — компьютер» также очень востребованы в нейропротезировании. В ситуации, когда поврежденные нервы не подлежат восстановлению (как в случае паралича), они могут быть заменены электродами, которые возьмут на себя их функцию (проведение электрических импульсов). Нейропротезы также применяются при потере слуха и зрения и для лечения ряда других заболеваний. Ведутся разработки в области управления экзоскелетами и роботизированными протезами конечностей.

Вторая область применения нейроинтерфейсов, стремительно набирающая популярность, — это видеоигры и виртуальная реальность.

Активно ведется разработка нейрошлемов, которые позволят напрямую управлять персонажами в онлайн-играх. Передовые модели позволяют отдавать своему герою ряд несложных команд, таких как перемещение в пространстве, прыжки, простые атаки и др.

Предполагается, что эти устройства также будут реагировать на эмоции игрока, транслируя его аватару соответствующее выражение лица.

Известен также ряд простых игр, разработанных специально для нейроинтерфейсов: Mindflex, MindtyAnt, Throw Trucks With Your Mind, Sport Archery Light и др., управление в которых осуществляется с помощью способностей игрока к произвольной концентрации и сосредоточению, или, напротив, релаксации, что вызывает изменения уровня электрической активности мозга.

Кто такой разработчик нейроинтерфейсов?

Разработка нейроинтерфейсов — это междисциплинарная область, которая объединяет профессионалов в сфере IT, нейронной электроники, искусственного интеллекта, нейрофизиологии и нейропсихологии, биоинженерии. Все они могут являться специалистами в области проектирования нейроинтерфейсов.

Помимо создания аппаратной части устройства, можно также специализироваться на разработке специализированного программного обеспечения или мобильных приложений.

Обучение на Разработчика нейроинтерфейсов

В настоящий момент в нашей стране нет возможности получить образование по специальности «разработчик нейроинтерфейсов». Кроме того, выбор программы обучения во многом зависит от специализации. Один из наиболее логичных путей — это получение биоинженерного образования. Альтернативные варианты — электротехническое образование с дополнительными знаниями в области биологии и нейрофизиологии или высшее нейробиологическое образование в сочетании со знаниями и навыками в области программирования.

Источник

Разработчик нейроинтерфейсов — кто это?

Нейроинтерфейс — это программная и физическая среда, позволяющая компьютеру распознавать сигналы мозга и интерпретировать их. Технология имеет большие перспективы, так как с ее помощью можно помочь вернуть чувствительность нервным окончаниям, управлять техникой и передавать данные на расстоянии между людьми без использования других приборов.

Нейроинтерфейс — что это?

Нейроинтерфейс — это способ связи для обмена информацией между человеком и другими устройствами. В теории это поможет исключить использование сторонних гаджетов, например, «умных» колонок, очков виртуальной реальности и смартфонов. На данный момент все эти устройства являются базой, которая впоследствии приведет к созданию полноценного нейроинтерфейса.

Сейчас устройства, способные улавливать такие сигналы, работают однонаправленно. Они или принимают, или передают сигналы.

Типы интерфейсов:

Предполагается, что такие устройства найдут широкое применение во многих сферах деятельности и упростит взаимодействие с людьми.

Источник фото karlyukav/freepik

Где можно использовать эту технологию

Наиболее востребованная сфера — медицина. В настоящий момент специалисты могут частично восстановить работу мозга, но в будущем мозг будет способен работать полноценно, используя специальный нейроинтерфейс.

Особенно эти возможности будут востребованы в нейропротезировании. Нейропротезы нового поколения смогут восстановить передачу сигналов в разных участках организма. Таким образом можно восстановить слух, зрение, память, осязание и т. п.

Еще одна перспективная область — видеоигры и виртуальная реальность. Нейроинтерфейсы позволят полноценно погрузиться в игру, чувствовать запахи, звуки и практически заменить реальные ощущения.

Разработчик нейроинтерфейсов — кто это?

Этот специалист должен обладать знаниями в области нейронной электроники, нейрофизиологии, биоинженерии и других наук. Нет ни одного института, где обучали бы именно на эту профессию, так как эта деятельность недостаточно востребована. Но разработчики программного обеспечения в будущем смогут применить свои знания для создания подобных систем.

Разработчик нейроинтерфейсов — обучение

Вы можете получить биоинженерное образование и развиваться в этой отрасли, чтобы впоследствии применить полученные знания для разработки нейроинтерфейсов. Также рекомендуется иметь знания в области программирования.

Рекомендуется выбирать вузы с соответствующими специальностями, например:

Источник фото felicities/freepik

Место работы разработчика нейроинтерфейсов

Профессия находится в начале своего становления, но специалисты активно работают во многих компаниях. Некоторые из них:

Для работы важно уметь работать в команде, так как нейроинтерфейс — это результат командной работы. Также важно обладать системным мышлением.

Плюсы и минусы профессии

Плюсы:

Минусы:

Источник