Cerebral-Computer saskarnes

Brain-Computer Interfaces (BCI) ir progresīva joma, kas krustojas neirozinātnēs, inženierzinātnēs un datorzinātnēs. Šīs sistēmas nodrošina tiešu saziņu starp smadzenēm un ārējām ierīcēm, ļaujot neironu darbību pārvērst komandās, kas var kontrolēt datorus, protēzes vai citas tehnoloģiskās ierīces. SKS ir milzīgs potenciāls atjaunot zaudētās funkcijas personām ar neiroloģiskiem traucējumiem, uzlabot cilvēka spējas un pavērt jaunas iespējas mijiedarbībai ar tehnoloģijām.

Jaunās SKS tehnoloģijas, piemēram, neironu implanti un uzlabota protezēšana, virza iespējamās robežas. Neironu implanti var reģistrēt un stimulēt nervu darbību, nodrošinot terapeitiskus ieguvumus un uzlabojot kognitīvās funkcijas. Protēzes, kas integrētas ar neironu signāliem, nodrošina dabiskāku un intuitīvāku kontroli amputētajiem un personām ar paralīzi.

Tomēr, SKS attīstoties, ētiskie apsvērumi kļūst arvien svarīgāki. Debašu centrā ir pieejamības, sabiedrības ietekmes, privātuma un cilvēka pamatidentitātes jautājumi. Vienlīdzīgas piekļuves nodrošināšana šīm tehnoloģijām un iespējamo sociālo seku risināšana ir ļoti svarīga to atbildīgai attīstībai un integrācijai.

Šajā rakstā ir apskatītas jaunās SCS tehnoloģijas, koncentrējoties uz neironu implantiem un protēzēm, kā arī aplūkoti ētiski apsvērumi saistībā ar pieejamību un ietekmi uz sabiedrību.

Jaunās tehnoloģijas: neironu implanti un protēzes

Neironu implanti

Pārskats

Neironu implanti ir ierīces, kas ķirurģiski implantētas smadzenēs vai nervu sistēmā, lai tieši mijiedarbotos ar nervu audiem. Viņi var reģistrēt nervu darbību, stimulēt neironus vai abus. Šie implanti veic dažādas funkcijas, sākot no terapeitiskām iejaukšanās līdz kognitīvajām uzlabošanām.

Neironu implantu veidi

Dziļās smadzeņu stimulācijas (DBS) ierīces

• Funkcija: Piegādā elektriskos impulsus noteiktām smadzeņu zonām.
• Pielietojums:
• Parkinsona slimības ārstēšana: Samazina motoriskos simptomus, piemēram, trīci un stīvumu.
• Būtisks trīce: Atvieglo piespiedu trīci.
• Distonija: Muskuļu kontrakciju ārstēšana, kas izraisa nedabiskas pozas.
• Obsesīvi-kompulsīvi traucējumi (OCD): Eksperimentāla lietošana smagos gadījumos.

Kaulu implanti

• Funkcija: Mijiedarbojas ar daļu no smadzeņu garozas, lai reģistrētu vai stimulētu nervu darbību.
• Pielietojums:
• Motoriskie kortikālie implanti: Ļauj kontrolēt ekstremitāšu protēzes vai datora kursorus.
• Vizuālie kortikālie implanti: Mērķis ir atjaunot redzi, stimulējot redzes ceļus.
• Sensorās atgriezeniskās saites sistēmas: Nodrošina taustes sajūtas, izmantojot stimulāciju.

Perifēro nervu savienojumi

• Funkcija: Savienojas ar nerviem ārpus smadzenēm un mugurkaula.
• Pielietojums:
• Protēžu vadība: Saskarnes ar perifērajiem nerviem ļauj kontrolēt protezējamās ekstremitātes.
• Sensorās protēzes: Atjauno sajūtas, piemēram, pieskārienu vai propriocepciju.

Mikroelektrodu bloki

• Piemēri: Jūtas masīvs, Neirogrīda.
• Funkcija: Augsta blīvuma reģistrēšana un nervu aktivitātes stimulēšana.
• Pielietojums:
• Neirozinātnes pētījumi: Neironu tīklu un smadzeņu funkciju pētījumi.
• Neiroprotezēšana: Augstas izšķirtspējas ierīču pārvaldība.

Ievērojami projekti un attīstība

Neuralink

• Dibinātājs: Īlons Masks.
• Mērķis: Lai izveidotu īpaši augstas caurlaidības smadzeņu un mašīnu saskarnes, lai savienotu cilvēkus un datorus.
• Tehnoloģija:
• Elastīgi lodēšanas elektrodi: Plānāks nekā cilvēka mati, paredzēts audu bojājumu mazināšanai.
• Robotiskā ķirurģija: Automatizēta izvietošana, lai uzlabotu precizitāti.

BrainGate

• Līdzstrādnieki: Brauna universitāte, Masačūsetsas vispārējā slimnīca, Stenfordas universitāte.
• Mērķis: Atjaunot saziņu un kustību personām ar paralīzi.
• Sasniegumi:
• Datoru pārvaldība: Dalībnieki ar domām varēja vadīt kursorus un robotu rokas.

Sinhrons

• Tehnoloģija: Stentroda neironu saskarne.
• Attieksme: Minimāli invazīva implantācija caur asinsvadiem.
• Pielietojums: Ļauj sazināties pacientiem ar smagu paralīzi.

Protēžu integrācija ar neironu signāliem

Sasniegumi ekstremitāšu protezēšanas jomā

Neironu protezēšanas kontrole

• Mioelektriskās protēzes
• Mehānisms: Izmanto elektriskos signālus no atlikušajiem muskuļiem, lai kontrolētu protezēšanas kustības.
• Ierobežojumi: Ierobežota brīvības pakāpe un mazāk intuitīva kontrole.
• Mērķtiecīga muskuļu novirzīšana (TMR)
• Process: Ķirurģiska procedūra, kas novirza nervus uz alternatīvām muskuļu vietām.
• Ieguvums: Nodrošina papildu kontroles signālus protēzēm, uzlabojot funkcionalitāti.
• Tiešie neironu savienojumi
• Attieksme: Elektrodi tiek implantēti motora garozā vai perifērajos nervos.
• Funkcionalitāte:
• Intuitīva vadība: Lietotāji var kontrolēt protezēšanu, izmantojot paredzētās kustības.
• Sarežģītas kustības: Ļauj kontrolēt vairākas brīvības pakāpes.

Sensorās atgriezeniskās saites integrācija

• Mākslīgā sajūta
• Taktilās atsauksmes: Protēzes, kas aprīkotas ar sensoriem, nodod lietotājam pieskāriena sajūtas.
• Proprioceptīvas atsauksmes: Nodrošina izpratni par ekstremitāšu stāvokli un kustībām.
• Paņēmieni
• Elektriskā stimulācija: Stimulējot nervus, lai izraisītu sajūtas.
• Optoģenētika: Eksperimentāla metodika, izmantojot gaismu, lai kontrolētu neironus, kas ģenētiski modificēti, lai izteiktu gaismas jutīgus jonu kanālus.

Gadījumu izpēte un piemēri

Modulārā ekstremitāšu protezēšana (MPL)

• Izstrādātājs: Džona Hopkinsa lietišķās fizikas laboratorija.
• Funkcijas:
• Uzlabotā robotika: Nodrošina gandrīz cilvēka rokas elastību.
• Neironu integrācija: Kontrolē ar implantētiem elektrodiem motora garozā.
• Rezultāti: Dalībnieki varēja veikt sarežģītus uzdevumus, piemēram, rokasspiedienus un manipulācijas ar objektu.

LUKE Arm

• Izstrādātājs: Pētniecības un attīstības korporācija DEKA.
• Inovācija: Apvieno mioelektrisko vadību ar saķeres spēka atgriezenisko saiti.
• Ietekme: Uzlabotas smalkās motorikas lietotājiem.

Ētiskie apsvērumi: pieejamība un ietekme uz sabiedrību

Pieejamība

Ekonomiskie šķēršļi

• Augstas cenas:
• **Izstrāde un ražošana

Izmaksas:** Uzlaboto SKS izstrāde un ražošana ir dārgi.

• Ķirurģiskās procedūras: Īstenošanai ir nepieciešamas specializētas medicīniskās zināšanas un aprīkojums.
• Apkope un atjauninājumi: Pastāvīgās izmaksas par aprīkojuma uzturēšanu un programmatūras atjauninājumiem.
• Apdrošināšana un norēķini:
• Nav pārklājuma: Daudzas apdrošināšanas polises vispār nesedz SKS tehnoloģijas.
• Sociāli ekonomiskā nevienlīdzība: Personām ar zemāku ienākumu līmeni var nebūt piekļuves šīm tehnoloģijām.

Iekļaušana

• Globālā nevienlīdzība:
• Attīstītās valstis salīdzinājumā ar jaunattīstības valstīm: Piekļuve galvenokārt ir bagātākās valstīs.
• Infrastruktūras ierobežojumi: Trūkst medicīnas iestāžu, kas varētu atbalstīt SKS.
• Cilvēku ar invaliditāti tiesības:
• Pilnvarošana pret atkarību: Nodrošinot, ka SKS uzlabo autonomiju, neradot jaunas atkarības.
• Universālā dizaina principi: Dizaina tehnoloģijas, kas ir pieejamas dažādām iedzīvotāju grupām.

Pieejamības uzlabošanas stratēģijas

Cenu samazināšana

• Apjomradīti ietaupījumi: Masveida ražošana, lai samazinātu vienības cenas.
• Atvērtā pirmkoda platformas: Veicināt sadarbību resursu izveidē un koplietošanā.

Politika un regulējums

• Valsts finansējums: Subsīdijas un dotācijas, lai veicinātu pētniecību un pacientu piekļuvi.
• Apdrošināšanas reformas: Mandāts būtisku SKS tehnoloģiju pārklājums.

Publiskā un privātā partnerība

• Sadarbība: Sadarbība starp valdībām, akadēmiskajām aprindām un nozari, lai veicinātu vienlīdzīgu piekļuvi.
• Izglītības iniciatīvas: Profesionāļu apmācība jaunattīstības reģionos.

Sabiedrības ietekme

Privātums un drošība

Datu aizsardzība

• Sensitīva informācija: Neironu dati ir ārkārtīgi personiski un unikāli.
• Iespējamā ļaunprātīga izmantošana: Pastāv risks, ka neironu saskarnes var tikt apdraudētas vai tām var piekļūt nelegāli.
• Kiberdrošības pasākumi:
• Šifrēšana: Datu pārraide starp SKS un ārējām ierīcēm ir aizsargāta.
• Normatīvie standarti: Izveidot vadlīnijas datu apstrādei un aizsardzībai.

Cilvēka identitāte un autonomija

Pašmaiņa

• Kognitīvie uzlabojumi: SKS, kas uzlabo atmiņu vai izziņu, var mainīt personīgo identitāti.
• Autentiskuma jautājumi: Debates par "dabisko" sevi pret tehnoloģiski uzlabotajām spējām.

Autonomija

• Kontroles tīkls: Nodrošiniet, lai lietotāji pilnībā kontrolētu savus SKS.
• Piekrišana un aģentūra: Ētiskai īstenošanai ir nepieciešama informēta piekrišana un personas autonomijas ievērošana.

Vienlīdzība un taisnīgums

Sociālā stratifikācija

• Uzlabošanas mīkla: Iespēja, ka SKS radīs nevienlīdzību starp pilnveidotiem un neuzlabotiem indivīdiem.
• Diskriminācijas riski: Stigma tiem, kuri nevar vai izvēlas neizmantot SCS.

Godīga pieejamība

• Nediskriminācija: Politika, kas novērš diskrimināciju SKS lietošanas vai uzlabošanas dēļ.
• Iesaisties veidošanā: SKS izstrādes un ieviešanas procesā iesaistīt dažādas grupas.

Juridiskie un regulējošie aspekti

Atbildība un atbildība

• Atbildība par nedarbojošām ierīcēm: Noskaidrojiet atbildību, ja iekārta sabojājas un rada bojājumus.
• Ražošanas pienākumi: Nodrošiniet SKS drošību un uzticamību.

Intelektuālais īpašums

• Patentu tiesības: Sabalansējiet inovācijas stimulus ar pieejamību.
• Datu īpašumtiesības: Nosakiet, kam pieder SKS ģenerētie neironu dati.

Starptautiskie standarti

• Saskaņošana: Izstrādāt globālus standartus, kas nosaka SKS ētisku izmantošanu.
• Starptautiskie izaicinājumi: Novērsiet atšķirības regulējumā un ētikā starp valstīm.

Psiholoģiskās un sociālās sekas

Psiholoģiskā labklājība

• Adaptācijas grūtības: Lietotājiem var rasties grūtības integrēt SKS savā sevis uztverē.
• Atkarības riski: Risks, ka lietotāji kļūs psiholoģiski atkarīgi no tehnoloģijas.

Sociālā mijiedarbība

• Komunikācijas izmaiņas: SKS var mainīt to, kā indivīdi mijiedarbojas sociāli.
• Kultūras uztvere: Dažāda SKS pieņemšana dažādās kultūrās.

Smadzeņu un datoru saskarnes ir pārveidojoša tehnoloģiju un medicīnas robeža, kas piedāvā dziļas iespējas atjaunot zaudētās funkcijas, uzlabot cilvēka spējas un no jauna definēt mijiedarbību ar digitālo pasauli.

Tomēr SKS attīstība rada būtiskus ētiskus apsvērumus, kas ir aktīvi jārisina. Pieejamība joprojām ir galvenais izaicinājums, jo ekonomiskie šķēršļi un sociālā nevienlīdzība ierobežo priekšrocības, ko sniedz priviliģētās grupas.Ietekme uz sabiedrību, tostarp bažas par privātumu, izmaiņas cilvēka identitātē un iespējamā sociālā noslāņošanās, prasa pārdomātu dialogu un atbildīgu politikas veidošanu.

Lai nodrošinātu, ka IKT attīstība ir ētiska, iekļaujoša un izdevīga visai sabiedrībai, ir nepieciešama sadarbība starp tehnoloģiju izstrādātājiem, ētikas speciālistiem, politikas veidotājiem un sabiedrību. Pievēršoties ētiskiem apsvērumiem līdzās tehnoloģiskajām inovācijām, mēs varam izmantot smadzeņu un datoru saskarņu potenciālu, lai uzlabotu dzīvi, vienlaikus saglabājot vienlīdzības, autonomijas un taisnīguma vērtības.

Literatūra

• Elisons, B. Z., Danna, S., Lībs, R., Madiāns, J. del R. un Nijholts, A. (2013). Ceļā uz praktiskām smadzeņu un datoru saskarnēm. Springeris.
• Čandrasekarans, S. (2017). Smadzeņu un datora saskarnes tehnoloģija: spēļu kontrole un rehabilitācija. Skaitļošanas intelekts un neirozinātne, 2017. gads.
• Fins, JJ, Illes, J. un Huggins, JE (Red.). (2017). Ētikas izaicinājumi uzlabotajā smadzeņu un datora interfeisa tehnoloģijā. Springeris.
• Graimann, B., Pfurtscheller, G. un Allison, B. (Red.). (2010). Smadzeņu un datoru saskarnes: revolucionāra cilvēka un datora mijiedarbība. Springeris.
• Ļebedevs, M.A. un Nicolelis, M.A.L. (2017). Smadzeņu un mašīnu saskarnes: no pamatzinātnēm līdz neiroprotēzēm un neirorehabilitācijai. Fizioloģiskās atsauksmes, 97(2), 767-837.
• Nijboer, F., Clausen, J., Allison, BZ un Haselager, P. (2013). Asilomar aptauja: ieinteresēto pušu viedokļi par ētikas jautājumiem saistībā ar smadzeņu un datoru saskarni. Neiroētika, 6(3), 541-578.
• Oxley, T., Opie, N. u.c. (2016). Minimāli invazīvs endovaskulārs stenta-elektrodu bloks augstas precizitātes, hroniskas kortikālās nervu aktivitātes ierakstiem. Dabas biotehnoloģija, 34(3), 320-327.
• Rao, R.P.N. (2019). Smadzeņu un datoru saskarne: ievads. Cambridge University Press.
• Sherman, W.R. un Craig, A.B. (2018). Izpratne par virtuālo realitāti: saskarne, lietojumprogramma un dizains (2. izdevums). Morgans Kaufmans.
• Slater, M. un Sanchez-Vives, MV (2016). Uzlabojam savu dzīvi ar ieskaujošu virtuālo realitāti. Robotikas un AI robežas, 3, 74.
• Vīderholda, BK un Vīderholda, MD (2007). Virtuālās realitātes terapija trauksmes traucējumiem: sasniegumi novērtēšanā un ārstēšanā. Amerikas psiholoģijas asociācija.

← Iepriekšējais raksts Nākamā tēma →

• Digitālie mācību rīki
• Mākslīgā intelekta palīgi
• Spēles un kognitīvās prasmes
• Virtuālā realitāte (VR) un paplašinātā realitāte (AR)
• Valkājamas ierīces un bioloģiskā uzlaušana
• Smadzeņu un datoru saskarnes

Atpakaļ uz augšu