Церебральный компьютер интерфейсы

Интерфейсы мозг-компьютер (BCI) — это передовая область, которая пересекает нейронауку, инженерию и информатику. Эти системы обеспечивают прямую связь между мозгом и внешними устройствами, позволяя преобразовывать нейронную активность в команды, которые могут управлять компьютерами, протезами или другими технологическими устройствами. SKS имеет огромный потенциал для восстановления утраченных функций у людей с неврологическими расстройствами, улучшения способностей человека и открытия новых возможностей взаимодействия с технологиями.

Новые технологии SKS, такие как нейронные имплантаты и передовые протезы, раздвигают границы возможного. Нейронные имплантаты могут регистрировать и стимулировать нейронную активность, обеспечивая терапевтический эффект и улучшая когнитивные функции. Протезные устройства, интегрированные с нейронными сигналами, обеспечивают более естественное и интуитивно понятное управление для людей с ампутированными конечностями и парализованных людей.

Однако по мере развития SKS этические соображения становятся все более важными. В центре обсуждения находятся вопросы доступности, общественного воздействия, конфиденциальности и базовой человеческой идентичности. Обеспечение равноправного доступа к этим технологиям и устранение потенциальных социальных последствий имеют решающее значение для их ответственного развития и интеграции.

В этой статье рассматриваются новые технологии СКС с упором на нейронные имплантаты и протезы, а также рассматриваются этические аспекты, связанные с доступностью и влиянием на общество.

Новые технологии: нейронные имплантаты и протезы

Нейронные имплантаты

Обзор

Нейронные имплантаты — это устройства, хирургически вживляемые в мозг или нервную систему для непосредственного взаимодействия с нервной тканью. Они могут регистрировать нейронную активность, стимулировать нейроны или делать и то, и другое. Эти имплантаты выполняют различные функции: от терапевтических вмешательств до улучшения когнитивных функций.

Типы нейронных имплантатов

Устройства для глубокой стимуляции мозга (DBS)

• Функция: Подает электрические импульсы в определенные области мозга.
• Приложение:
• Лечение болезни Паркинсона: Уменьшает двигательные симптомы, такие как тремор и ригидность.
• Эссенциальный тремор: Снимает непроизвольный тремор.
• Дистония: Лечение мышечных сокращений, вызывающих неестественные позы.
• Обсессивно-компульсивное расстройство (ОКР): Экспериментальное применение в тяжелых случаях.

Костные имплантаты

• Функция: Взаимодействует с частью коры головного мозга для регистрации или стимуляции нейронной активности.
• Приложение:
• Двигательные кортикальные имплантаты: Позволяет управлять протезами конечностей или курсорами компьютера.
• Визуальные кортикальные имплантаты: Направлен на восстановление зрения путем стимуляции зрительных путей.
• Системы сенсорной обратной связи: Обеспечивает тактильные ощущения посредством стимуляции.

Периферические нервные связи

• Функция: Соединяется с нервами за пределами мозга и позвоночника.
• Приложение:
• Управление протезированием: Интерфейсы с периферическими нервами позволяют управлять протезами конечностей.
• Сенсорные протезы: Восстанавливает такие ощущения, как осязание или проприорецепция.

Микроэлектродные матрицы

• Примеры: Массив Юты, Neurogrid.
• Функция: Высокоплотная запись и стимуляция нейронной активности.
• Приложение:
• Нейробиологические исследования: Исследования нейронных сетей и функций мозга.
• Нейропротезирование: Управление устройствами высокого разрешения.

Известные проекты и разработки

Нейралинк

• Основатель: Илон Маск.
• Цель: Создать сверхвысокопроизводительные интерфейсы «мозг-машина» для соединения людей и компьютеров.
• Технология:
• Гибкие паяльные электроды: Тоньше человеческого волоса, разработан для минимизации повреждения тканей.
• Роботизированная хирургия: Автоматическое развертывание для повышения точности.

BrainGate

• Соавторы: Университет Брауна, Массачусетская больница общего профиля, Стэнфордский университет.
• Цель: Восстановить способность общаться и двигаться у парализованных людей.
• Достижения:
• Управление компьютером: Участники смогли управлять курсорами и роботизированными руками с помощью мыслей.

Синхронный

• Технология: Нейронный интерфейс Stentrode.
• Отношение: Минимально инвазивная имплантация через кровеносные сосуды.
• Приложение: Позволяет пациентам с тяжелым параличом общаться.

Интеграция протезов с нейронными сигналами

Достижения в области протезирования конечностей

Нейропротезное управление

• Миоэлектрические протезы
• Механизм: Использует электрические сигналы от оставшихся мышц для управления движениями протеза.
• Ограничения: Ограниченная степень свободы и менее интуитивный контроль.
• Целенаправленное перенаправление мышц (TMR)
• Процесс: Хирургическая процедура, при которой нервы перенаправляются в альтернативные места расположения мышц.
• Выгода: Обеспечивает дополнительные сигналы управления протезами, улучшая функциональность.
• Прямые нейронные связи
• Отношение: Электроды имплантируются в двигательную кору или периферические нервы.
• Функциональность:
• Интуитивное управление: Пользователи могут управлять протезами с помощью целенаправленных движений.
• Сложные движения: Позволяет контролировать несколько степеней свободы.

Интеграция сенсорной обратной связи

• Искусственное чувство
• Тактильная обратная связь: Протезы, оснащенные датчиками, передают пользователю тактильные ощущения.
• Проприоцептивная обратная связь: Обеспечивает осознание положения и движений конечностей.
• Методы
• Электростимуляция: Стимулируя нервы, мы вызываем ощущения.
• Оптогенетика: Экспериментальная методология использования света для управления нейронами, генетически модифицированными для экспрессии светочувствительных ионных каналов.

Практические примеры и исследования

Модульный протез конечности (MPL)

• Разработчик: Лаборатория прикладной физики Университета Джонса Хопкинса.
• Функции:
• Продвинутая робототехника: Обеспечивает почти такую ​​же гибкость, как у человеческой руки.
• Нейронная интеграция: Управляется с помощью имплантированных электродов в двигательную кору.
• Результаты: Участники могли выполнять сложные задачи, такие как рукопожатия и манипулирование предметами.

ЛУК АРМ

• Разработчик: Научно-исследовательская и опытно-конструкторская корпорация DEKA.
• Инновации: Сочетает миоэлектрический контроль с обратной связью по силе захвата.
• Влияние: Улучшение мелкой моторики у пользователей.

Этические соображения: доступность и общественное влияние

Доступность

Экономические барьеры

• Высокие цены:
• **Разработка и производство

Затраты:** Разработка и производство усовершенствованных СКС обходятся дорого.

• Хирургические процедуры: Реализация требует специализированных медицинских знаний и оборудования.
• Техническое обслуживание и обновления: Постоянные расходы на обслуживание оборудования и обновление программного обеспечения.
• Страхование и расчеты:
• Нет покрытия: Многие страховые полисы вообще не покрывают технологии SKS.
• Социально-экономическое неравенство: Лица с более низким уровнем дохода могут не иметь доступа к этим технологиям.

Включение

• Глобальное неравенство:
• Развитые и развивающиеся страны: Доступ в основном имеется в более богатых странах.
• Ограничения инфраструктуры: Не хватает медицинских учреждений, которые могли бы оказать поддержку СКС.
• Права людей с ограниченными возможностями:
• Расширение прав и возможностей против зависимости: Обеспечение того, чтобы SKS повышал автономность, не создавая новых зависимостей.
• Принципы универсального дизайна: Разрабатывать технологии, доступные различным слоям населения.

Стратегии улучшения доступности

Снижение цены

• Экономия за счет масштаба: Массовое производство для снижения цен за единицу продукции.
• Платформы с открытым исходным кодом: Поощрять сотрудничество в создании и совместном использовании ресурсов.

Политика и регулирование

• Государственное финансирование: Субсидии и гранты для поощрения исследований и доступа пациентов.
• Реформы страхования: Мандатное покрытие основных технологий SKS.

Государственно-частное партнерство

• Сотрудничество: Сотрудничество между правительствами, научными кругами и промышленностью для содействия равному доступу.
• Образовательные инициативы: Подготовка специалистов в развивающихся регионах.

Общественное воздействие

Конфиденциальность и безопасность

Защита данных

• Конфиденциальная информация: Нейронные данные чрезвычайно индивидуальны и уникальны.
• Возможное злоупотребление: Риск того, что нейронные интерфейсы могут быть скомпрометированы или к ним может быть получен незаконный доступ.
• Меры кибербезопасности:
• Шифрование: Передача данных между СКС и внешними устройствами защищена.
• Нормативные стандарты: Установить руководящие принципы обработки и защиты данных.

Человеческая идентичность и автономия

Самоизменение

• Когнитивные улучшения: СКС, улучшающие память или познавательные способности, могут изменить личность.
• Вопросы подлинности: Спор о «естественном» я и технологически усовершенствованных способностях.

Автономия

• Сеть управления: Обеспечьте пользователям полный контроль над своими SKS.
• Согласие и агентство: Этическая реализация требует осознанного согласия и уважения индивидуальной автономии.

Равенство и справедливость

Социальная стратификация

• Головоломка по улучшению: Вероятность того, что SKS создаст неравенство между улучшенными и неулучшенными людьми.
• Риски дискриминации: Стигматизация для тех, кто не может или не хочет использовать SCS.

Справедливая доступность

• Недискриминация: Политика предотвращения дискриминации на основе использования или усовершенствования СКС.
• Примите участие в создании: Привлекать различные группы к процессу проектирования и внедрения СКС.

Правовые и нормативные аспекты

Ответственность и подотчётность

• Ответственность за неработающие устройства: Уточнить ответственность в случае выхода оборудования из строя и причинения ущерба.
• Производственные обязанности: Обеспечить безопасность и надежность СКС.

Интеллектуальная собственность

• Патентные права: Сбалансируйте стимулы к инновациям с доступностью.
• Право собственности на данные: Определите, кому принадлежат нейронные данные, генерируемые SKS.

Международные стандарты

• Гармонизация: Разработать мировые стандарты, регулирующие этическое использование СКС.
• Международные вызовы: Устранить различия в регулировании и этике между странами.

Психологические и социальные эффекты

Психологическое благополучие

• Трудности адаптации: Пользователи могут испытывать трудности с интеграцией SKS в свое самовосприятие.
• Риски зависимости: Риск того, что пользователи станут психологически зависимыми от технологии.

Социальное взаимодействие

• Изменения в коммуникации: SKS может изменить способ социального взаимодействия людей.
• Культурные восприятия: Различное восприятие SKS в разных культурах.

Интерфейсы «мозг-компьютер» представляют собой революционный рубеж в технологиях и медицине, предлагающий колоссальные возможности для восстановления утраченных функций, расширения человеческих возможностей и переосмысления взаимодействия с цифровым миром.

Однако разработка СКС поднимает существенные этические вопросы, которые необходимо решать заблаговременно. Доступность остается ключевой проблемой, поскольку экономические барьеры и социальное неравенство, как правило, ограничивают преимущества для привилегированных групп.Социальные последствия, включая проблемы конфиденциальности, изменения в идентичности человека и потенциальное социальное расслоение, требуют продуманного диалога и ответственной политики.

Обеспечение этичности, инклюзивности и пользы развития ИКТ для общества в целом требует сотрудничества между разработчиками технологий, специалистами по этике, политиками и общественностью. Решая этические вопросы наряду с технологическими инновациями, мы можем использовать потенциал интерфейсов «мозг-компьютер» для улучшения жизни, отстаивая при этом ценности равенства, автономии и справедливости.

Литература

• Эллисон, Б.З., Данн, С., Либ, Р., Маддиан, Х. дель Р. и Нийхолт, А. (2013). На пути к практическим интерфейсам мозг-компьютер. Спрингер.
• Чандрасекаран, С. (2017). Технология интерфейса мозг–компьютер: на пути к игровому контролю и реабилитации. Вычислительный интеллект и нейронаука, 2017.
• Финс, Джей-Джей, Иллес, Дж. и Хаггинс, Дж.Э. (Ред.). (2017). Этические проблемы в передовой технологии интерфейса мозг-компьютер. Спрингер.
• Грейманн, Б., Пфуртшеллер, Г., и Эллисон, Б. (Ред.). (2010). Интерфейсы мозг-компьютер: революция во взаимодействии человека и компьютера. Спрингер.
• Лебедев М.А., Николелис М.А.Л. (2017). Интерфейсы мозг-машина: от фундаментальной науки до нейропротезов и нейрореабилитации. Физиологические обзоры, 97(2), 767-837.
• Нийбоер Ф., Клаузен Дж., Эллисон Б.З. и Хаселагер П. (2013). Опрос в Асиломаре: мнения заинтересованных сторон по этическим вопросам, связанным с интерфейсом «мозг-компьютер». Нейроэтика, 6(3), 541-578.
• Оксли, Т., Опи, Н. и др. (2016). Минимально инвазивная эндоваскулярная система стент-электродов для высокоточной хронической регистрации активности корковых нейронов. Природа Биотехнология, 34(3), 320-327.
• Рао, Р.П.Н. (2019). Взаимодействие мозга и компьютера: введение. Издательство Кембриджского университета.
• Шерман, У.Р., и Крейг, А.Б. (2018). Понимание виртуальной реальности: интерфейс, применение и дизайн (2-е изд.). Морган Кауфман.
• Слейтер, М., и Санчес-Вивес, М.В. (2016). Улучшаем нашу жизнь с помощью захватывающей виртуальной реальности. Границы робототехники и искусственного интеллекта, 3, 74.
• Видерхольд, Б.К., и Видерхольд, доктор медицинских наук (2007). Терапия виртуальной реальностью при тревожных расстройствах: достижения в оценке и лечении. Американская психологическая ассоциация.

← Предыдущая статья Следующая тема→

• Цифровые инструменты обучения
• Искусственный интеллект-помощники
• Игры и когнитивные навыки
• Виртуальная реальность (VR) и дополненная реальность (AR)
• Носимые устройства и биохакинг
• Интерфейсы мозг-компьютер

Вернуться наверх