Нейроинтерфейсы

России

или передачи сигналов между живыми нейронами биологического организма (например, мозгом

животного) с одной стороны, и электронным устройством (например, компьютером) с другой стороны.

Им принято считать Stimoceiver – электродное устройство, которое управлялось по

беспроводной сети с помощью FM-радио. Оно было изобретено испанским и американским ученым Хосе Дельгадо и испытано в мозге быка. Демонстрация возможностей нового устройства была очень эффектной – на арене для корриды. Дельгадо вышел против быка, а когда тот побежал на него, нажал кнопку на пульте управления – впервые удалось изменить направление движения животного с помощью нейроинтерфейса.

https://rostec.ru/news/neyrointerfeys-upravlyat-siloy-mysli/

которым имплантировали мультиэлектродные матрицы для регистрации потенциалов коры и электрической

стимуляции. Было показано, что сенсомоторная кора активировалась, когда обезьяны производили движения, а электростимуляция коры, наоборот, вызывала сокращение мышц.
В 1963 г. Walter провел эксперимент, в котором был реализован первый ИМК в том смысле, как мы его понимаем теперь. Пациентам по медицинским показаниям были имплантированы электроды в различные области коры мозга. Им предлагалось переключать слайды проектора, нажимая на кнопку. Обнаружив область коры, ответственную за воспроизведение этого мышечного паттерна, исследователь подключил ее напрямую к проектору: управление осуществлялось непосредственно мозгом, причем даже быстрее, чем человек успевал нажать на кнопку.

удалось при помощи одноканального электрода, стимулировавшего слуховой нерв, вызвать звуковые

ощущения у глухих.
В 1964 г. Simmons представил многоканальный вариант изобретения. В 1970-х гг. House и Urban назвали устройство, состоящее из звукопреобразователя и многоканальногоэлектрода, кохлеарным имплантатом.

https://lornii.ru/lechenie-i-diagnostika/narusheniya-slukha/kokhlearnaya-implantatsiya/voprosy-zadavaemye-patsientami-kandidatami-na-ki/

Nicolelis и Chapin сконструировали ИМК, управлявший механическими конечностями. Записанную у

крыс в состоянии бодрствования активность коры и базальных ганглиев передавали на робот, который доставлял животному воду.

работала с обезьянами и людьми, в частности исследователи имплантировали мультиэлектродные

матрицы в моторную кору человека, что позволяло парализованным людям управлять курсором и роботизированными манипуляторами. В опыте с участием людей им удалось добиться максимального контроля в управлении антропоморфной роботизированной рукой

– пользователь инициирует команду в ответ на воздействие системы
Пассивные –

пользователь не дает команду, но система считывает и анализирует его состояние

Также нейроинтерфейсы можно классифицировать по способу получения сигнала:
Инвазивные (вживленные электроды, ECoG и другие)
Неинвазивные (EEG, NIRS и другие)

управляется человеком. Например, человек воображает, что двигает правой ногой и правой

рукой. Это мысленное усилие приводит к изменениям в электрической активности мозга, на основе которых программа формирует управляющие команды, посылаемые на внешнее устройство, как в интерфейсе для печати текстов Hex-o-Spell. 

сигнал, например, свет или звук. Пример реактивного интерфейса — экранная клавиатура

с мигающими по очереди символами(спелеологии): мозг откликается, когда мигает тот символ, который задумал человек.

https://habr.com/ru/post/431574/

возникает сама по себе, в процессе жизнедеятельности человека. Такие интерфейсы могут быть

полезны для создания систем мониторинга, которые следят за эмоциональным состоянием, обнаруживают снижение концентрации внимания или потерю контроля над системой.

https://habr.com/ru/post/431574/
Музей «молчания» для определения степени расслабления.

разработке неинвазивных ИМК. По способу активации мозга метод может быть

независимым (эндогенная активация — воображение движения) и за- висимым (экзогенная активация — демонстрация движе- ния на экране).
+ простота, безопасность.
- арте- факты записи ЭЭГ, которые по ошибке могут быть приня- ты за нейронную активность и даже послужить управля- ющими сигналами; регистрация суммарной активности множества нейронов; считывание информации с поверхностных нейронов с потерей сигналов из более глубинных структур.

https://habr.com/ru/post/431574/

полей, гене- рируемых мозгом, требуется очень высокая чувствитель- ность метода,

которую обеспечивают сверхпроводящие квантовые магнитометры.
- регистрация МЭГ требует специальной аппаратуры, подготовленных специалистов и условий (в первую очередь, магнитного экранирования), дорого.
+ МЭГ обеспечивает лучшее временное и пространственное разрешение, чем ЭЭГ. Нет электродов, что упрощает работу с детьми.

https://en.ppt-online.org/183997

и затылочную кору мозга и позволяет оценивать степень окисления гемоглобина, то есть потребление

мозгом кислорода. 
Отслеживание концентрации оксигемоглобина и деоксигемоглобина в мозговом кровотоке посредством ближней инфракрасной спектроскопии (БИКС) с временным разрешением 100 мс и пространственным разрешением 1 см.
Главный недостаток технологии — значительная задержка сигнала, до нескольких секунд.

кору мозга. Выглядят они как маленькая пластинка, примерно пять на

пять миллиметров, которая покрыта сотнями иголочек-электродов. Они регистрируют электрическую активность отдельных нервных клеток в том месте, куда внедрены.
+ датчики отличаются более сильным сигналом.
- инвазивное вмешательство сопряжено с последствиями для здоровья человека: риск воспалений, необходимость повторной имплантации из-за отмирания нейронов и эпилепсия. Поэтому такие интерфейсы используют в крайних случаях, для тяжелобольных пациентов, которым не могут помочь другие методы.

https://nplus1.ru/news/2019/07/17/neuralink

обратная связь.
Обработка сигнала: предварительная обработка, определение параметров сигнала, их

классификация.

примеру, возбуждение нейронов моторной коры определяет позицию, ускорение и угол

вращения руки. Разработчики используют такие со- ответствия для декодирования нейронных сигналов. При этом повторяемость и узнаваемость нейрональных паттернов, так называемый нейротюнинг (настройка) — клю- чевой фактор декодирования. Нейроны могут быть «плохо настроены», «зашумлены», что осложняет процесс их «рас- шифровки».

Метод популяционного вектора;
Фильтр Винера;
Фильтр Калмана

(системы набора текста)
Оценка состояния человека (система, определяющая, что водитель засыпает

за рулем)
Развлечения, маркетинг

различных местах объекты при помощи роботизированной руки. Для нейродекодирования использовался

фильтр Винера.

http://brain.bio.msu.ru/papers/Kaplan_Zhigulskaya_Kirjanov_2016_Vestnik%20RGMU_Studying_ability_control_phantom_fingers_P300_BCI.pdf

С помощью электродных матриц происходит электрическая стимуляция мышц набором импульсов,

имитирующих сигналы нервной системы. Мышцы активируются под воздействием стимуляции, и конечности приводятся в движение. Для поверхностной стимуляции мультиэлектродная матрица накладывается на кожу пациента. Такую контактную матрицу можно вшивать в одежду (перчатки, штаны и т. д.)

регистрировали нейронную активность областей сенсомоторной коры, отвечающих за нижние конечности,

и записывали на видео движения ног обезьяны.
Niclolelis и его коллеги основали проект Walk Again Project —целью которого является разработка экзоскелета, приводимого в движение корой головного мозга. Nicolelis продемонстрировал экзоскелет, управляемый на основе ЭЭГ, на открытии чемпионата мира по футболу в 2014 г.

http://brain.bio.msu.ru/papers/Kaplan_Zhigulskaya_Kirjanov_2016_Vestnik%20RGMU_Studying_ability_control_phantom_fingers_P300_BCI.pdf

или ногой, чтобы выбрать ту или иную букву. Весь алфавит делится

изначально пополам в зависимости от типа воображаемого движения, потом снова пополам и так до выбора конкретного символа. Скорость написания сообщений в этом случае — от 0,5 до 0,85 символа в минуту.
В другой системе символы отображаются на экране в виде матрицы. Здесь задача пользователя концентрироваться на выбранном символе. Строки и столбцы символов на экране по очереди мигают, что приводит к генерации потенциала при совпадении с ожидаемым символом. Когда на экране мигает нужная строка, ЭЭГ изменяется, когда мигает нужный столбец — изменяется второй раз. Скорость набора — два символа в минуту, метод не требует длительных тренировок.

https://habr.com/ru/post/431574/

2018
Интерфейс мозг–компьютер: будущее в настоящемО. С. Левицкая , М. А.

Лебедев Вестник РГМУ 2, 2016.
НЕЙРОИНТЕРФЕЙС: ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ И РЕАЛИЗАЦИИА.В. СИДОРЕНКО, 2016.


!рекомендую ознакомиться с 3 ссылкой всем тем, кто хочет знать больше о системе декодирования.