Smegenų-Kompiuterio Sąsajos - www.Kristalai.eu

Церебрально-комп'ютерні інтерфейси

Інтерфейси мозок-комп’ютер (BCI) – це передова галузь, яка перетинає нейронауку, інженерію та інформатику. Ці системи забезпечують прямий зв’язок між мозком і зовнішніми пристроями, дозволяючи нервовій активності перетворюватися на команди, які можуть керувати комп’ютерами, протезами чи іншими технологічними пристроями. SKS має величезний потенціал для відновлення втрачених функцій у людей з неврологічними розладами, покращення здібностей людини та відкриття нових можливостей для взаємодії з технологіями.

Нові технології SKS, такі як нейронні імплантати та вдосконалене протезування, розширюють межі можливого. Нейронні імплантати можуть записувати та стимулювати нервову активність, забезпечуючи терапевтичні переваги та покращуючи когнітивні функції. Протези, інтегровані з нейронними сигналами, забезпечують більш природний та інтуїтивний контроль для людей з ампутованими кінцівками та осіб з паралічем.

Однак у міру розвитку SKS етичні міркування стають все більш важливими. Питання доступності, впливу на суспільство, конфіденційності та базової людської ідентичності знаходяться в центрі дискусії. Забезпечення справедливого доступу до цих технологій і усунення потенційних суспільних наслідків має вирішальне значення для їх відповідального розвитку та інтеграції.

У цій статті досліджуються нові технології SCS, зосереджуючись на нейронних імплантатах і протезах, а також розглядаються етичні міркування, пов’язані з доступністю та впливом на суспільство.

Нові технології: нейронні імплантати та протези

Нейронні імплантати

Огляд

Нейронні імплантати — це пристрої, хірургічно імплантовані в мозок або нервову систему для безпосередньої взаємодії з нервовою тканиною. Вони можуть записувати нейронну активність, стимулювати нейрони або і те, і інше. Ці імплантати виконують різноманітні функції, від терапевтичних втручань до покращення когнітивних функцій.

Типи нейронних імплантів

Пристрої глибокої стимуляції мозку (DBS).

  • функція: Подає електричні імпульси в певні ділянки мозку.
  • застосування:
    • Лікування хвороби Паркінсона: Зменшує рухові симптоми, такі як тремор і ригідність.
    • Есенціальний тремор: Знімає мимовільне тремтіння.
    • дистонія: Лікування м'язових скорочень, які викликають неприродні пози.
    • Обсесивно-компульсивний розлад (ОКР): Експериментальне використання у важких випадках.

Кісткові імплантати

  • функція: Взаємодіє з частиною кори головного мозку для запису або стимулювання нейронної активності.
  • застосування:
    • Моторні кортикальні імплантати: Дозволяє керувати протезами кінцівок або комп'ютерними курсорами.
    • Візуальні кортикальні імплантати: Спрямований на відновлення зору шляхом стимуляції зорових шляхів.
    • Сенсорні системи зворотного зв'язку: Забезпечує тактильні відчуття шляхом стимуляції.

З'єднання периферичних нервів

  • функція: З’єднується з нервами за межами мозку та хребта.
  • застосування:
    • Управління протезуванням: Інтерфейси з периферичними нервами дозволяють контролювати протези кінцівок.
    • Сенсорні протези: Відновлює такі відчуття, як дотик або пропріоцепція.

Мікроелектродні масиви

  • приклади: Масив Юта, Нейрогрід.
  • функція: Запис високої щільності та стимуляція нейронної активності.
  • застосування:
    • Неврологічні дослідження: Дослідження нейронних мереж і функцій мозку.
    • Нейропротезування: Керування пристроєм високої роздільної здатності.

Відомі проекти та розробки

Neuralink

  • Засновник: Ілон Маск.
  • Призначення: Для створення надвисокопродуктивних інтерфейсів мозок-машина для з’єднання людей і комп’ютерів.
  • Технологія:
    • Гнучкі паяльні електроди: Тонше, ніж людська волосина, розроблено для мінімізації пошкодження тканин.
    • Роботизована хірургія: Автоматичне розгортання для підвищення точності.

BrainGate

  • Співавтори: Браунівський університет, Массачусетська загальна лікарня, Стенфордський університет.
  • Призначення: Щоб відновити комунікацію та рух для людей з паралічем.
  • Досягнення:
    • Управління комп'ютером: Учасники могли своїми думками керувати курсорами та робототехнічними руками.

Синхронний

  • Технологія: Нейронний інтерфейс Стентрода.
  • Ставлення: Малоінвазивна імплантація через кровоносні судини.
  • застосування: Дозволяє спілкуватися пацієнтам із сильним паралічем.

Протетична інтеграція з нейронними сигналами

Досягнення в протезуванні кінцівок

Контроль нервових протезів

  • Міоелектричні протези
    • Механізм: Використовує електричні сигнали від решти м’язів для керування рухами протеза.
    • Обмеження: Обмежений ступінь свободи та менш інтуїтивне керування.
  • Цільове перенаправлення м'язів (TMR)
    • Процес: Хірургічна процедура, яка перенаправляє нерви до альтернативних місць розташування м’язів.
    • Перевага: Подає додаткові керуючі сигнали на протези, покращуючи функціональність.
  • Прямі нейронні зв'язки
    • Ставлення: Електроди імплантуються в рухову кору або периферичні нерви.
    • Функціональність:
      • Інтуїтивно зрозуміле керування: Користувачі можуть керувати протезами за допомогою призначених рухів.
      • Складні рухи: Дозволяє контролювати кілька ступенів свободи.

Інтеграція сенсорного зворотного зв'язку

  • Штучне відчуття
    • Тактильний зворотний зв'язок: Протези, оснащені датчиками, передають відчуття дотику користувачеві.
    • Пропріоцептивний зворотний зв'язок: Забезпечує усвідомлення положення кінцівок і рухів.
  • Техніки
    • Електростимуляція: Стимулюючи нерви, щоб викликати відчуття.
    • Оптогенетика: Експериментальна методологія використання світла для контролю нейронів, генетично модифікованих для експресії світлочутливих іонних каналів.

Тематичні дослідження та приклади

Модульний протез кінцівки (MPL)

  • Розробник: Лабораторія прикладної фізики Джонса Гопкінса.
  • особливості:
    • Розширена робототехніка: Забезпечує майже гнучкість людської руки.
    • Нейронна інтеграція: Керується за допомогою імплантованих електродів у моторну кору.
  • Результати: Учасники мали змогу виконувати складні завдання, такі як рукостискання та маніпулювання предметами.

ЛЮКА Арм

  • Розробник: Корпорація досліджень та розвитку DEKA.
  • Інновації: Поєднує міоелектричний контроль із зворотним зв'язком сили захоплення.
  • Вплив: Покращена дрібна моторика для користувачів.

Етичні міркування: доступність і суспільний вплив

Доступність

Економічні бар'єри

  • Високі ціни:
    • **Розробка та виробництво

Витрати:** Удосконалені SKS є дорогими для розробки та виробництва.

  • Хірургічні процедури: Реалізація вимагає спеціального медичного досвіду та обладнання.
  • Технічне обслуговування та оновлення: Поточні витрати на обслуговування обладнання та оновлення програмного забезпечення.
  • Страхування та розрахунки:
    • Без покриття: Багато страхових полісів взагалі не покривають технології SKS.
    • Соціально-економічна нерівність: Особи з нижчим рівнем доходу можуть не мати доступу до цих технологій.

інклюзія

  • Глобальні нерівності:
    • Розвинені проти країн, що розвиваються: Доступ переважно в заможніших країнах.
    • Обмеження інфраструктури: Не вистачає медичних закладів, які могли б підтримувати SKS.
  • Права людей з обмеженими можливостями:
    • Розширення можливостей проти залежності: Переконайтеся, що SKS покращує автономність без створення нових залежностей.
    • Принципи універсального дизайну: Технології проектування, доступні для різних верств населення.

Стратегії покращення доступності

Зниження ціни

  • Економія від масштабу: Масове виробництво для зниження цін за одиницю.
  • Платформи з відкритим кодом: Заохочуйте співпрацю у створенні та спільному використанні ресурсів.

Політика та регулювання

  • Державне фінансування: Субсидії та гранти для заохочення досліджень і доступу пацієнтів.
  • Страхові реформи: Мандат охоплення основних технологій SKS.

Державне та приватне партнерство

  • Співпраця: Співпраця між урядами, науковими колами та промисловістю для сприяння справедливому доступу.
  • Освітні ініціативи: Підготовка фахівців у регіонах, що розвиваються.

Громадський вплив

Конфіденційність і безпека

Захист даних

  • Конфіденційна інформація: Нейронні дані надзвичайно особисті та унікальні.
  • Можливе зловживання: Ризик того, що нейроінтерфейси можуть бути скомпрометовані або отримати незаконний доступ.
  • Заходи кібербезпеки:
    • Шифрування: Передача даних між SKS і зовнішніми пристроями захищена.
    • Регуляторні стандарти: Встановіть інструкції щодо обробки та захисту даних.

Ідентичність і автономія людини

Самозміна

  • Когнітивні покращення: SKS, які покращують пам'ять або пізнання, можуть змінити особисту ідентичність.
  • Питання автентичності: Дискусія щодо «природного» Я проти технологічно вдосконалених здібностей.

Автономність

  • Контрольна мережа: Переконайтеся, що користувачі мають повний контроль над своїм SKS.
  • Згода та агентство: Етичне впровадження вимагає інформованої згоди та поваги до індивідуальної автономії.

Рівність і справедливість

Соціальне розшарування

  • Головоломка покращення: Можливість того, що SKS створить нерівність між покращеними та непокращеними особами.
  • Ризики дискримінації: Стигма для тих, хто не може або не хоче використовувати SCS.

Чесна доступність

  • Недискримінація: Політика запобігання дискримінації на основі використання або вдосконалення SKS.
  • Долучіться до створення: Залучайте різні групи до процесу розробки та реалізації SKS.

Правові та регуляторні аспекти

Відповідальність і звітність

  • Відповідальність за непрацездатні пристрої: Уточнити відповідальність, якщо обладнання виходить з ладу та завдає шкоди.
  • Виробничі обов'язки: Забезпечити безпеку і надійність СКС.

Інтелектуальна власність

  • Патентні права: Збалансуйте інноваційні стимули з доступністю.
  • Право власності на дані: Визначте, кому належать нейронні дані, згенеровані SKS.

Міжнародні стандарти

  • Гармонізація: Розробити глобальні стандарти етичного використання SKS.
  • Міжнародні виклики: Розглядайте відмінності в регулюванні та етиці між країнами.

Психологічні та соціальні ефекти

Психологічне благополуччя

  • Труднощі адаптації: Користувачі можуть відчувати труднощі з інтеграцією SKS у своє самосприйняття.
  • Ризики залежності: Ризик того, що користувачі стануть психологічно залежними від технології.

Соціальна взаємодія

  • Зміни зв'язку: SKS може змінити спосіб соціальної взаємодії людей.
  • Культурні уявлення: Різне сприйняття SKS у різних культурах.

Інтерфейси «мозок-комп’ютер» представляють трансформаційний рубіж у технологіях і медицині, пропонуючи чудові можливості для відновлення втрачених функцій, покращення людських можливостей і переосмислення взаємодії з цифровим світом.

Однак розробка SKS викликає значні етичні міркування, які необхідно вирішувати завчасно. Доступність залишається ключовою проблемою, оскільки економічні бар'єри та соціальна нерівність, як правило, обмежують переваги для привілейованих груп.Вплив на суспільство, включаючи занепокоєння конфіденційністю, зміни в людській ідентичності та потенційне соціальне розшарування, вимагають продуманого діалогу та відповідальної політики.

Забезпечення того, щоб розвиток ІКТ був етичним, інклюзивним і корисним для суспільства в цілому, вимагає співпраці між розробниками технологій, спеціалістами з етики, політиками та громадськістю. Розглядаючи етичні міркування разом із технологічними інноваціями, ми можемо використовувати потенціал інтерфейсів «мозок-комп’ютер» для покращення життя, дотримуючись цінностей рівності, автономії та справедливості.

Література

  • Еллісон, Б.З., Данн, С., Ліб, Р., Маддіан, Дж. дель Р., і Нейгольт, А. (2013). На шляху до практичних інтерфейсів «мозок-комп’ютер». Спрингер.
  • Чандрасекаран, С. (2017). Технологія інтерфейсу «мозок–комп’ютер»: на шляху до ігрового контролю та реабілітації. Обчислювальний інтелект і нейронаука, 2017 рік.
  • Фінс, Дж. Дж., Іллес, Дж., Хаггінс, Дж. Дж (Ред.). (2017). Етичні проблеми в передовій технології інтерфейсу мозок-комп’ютер. Спрингер.
  • Грайман Б., Пфуртшеллер Г. та Еллісон Б. (Ред.). (2010). Інтерфейси мозок-комп’ютер: революція у взаємодії людини з комп’ютером. Спрингер.
  • Лебедєв, M.A., & Nicolelis, M.A.L. (2017). Інтерфейси мозок-машина: від фундаментальної науки до нейропротезів і нейрореабілітації. Фізіологічні огляди, 97(2), 767-837.
  • Найбур Ф., Клаузен Дж., Еллісон Б.З. та Хаселагер П. (2013). Опитування Asilomar: думки зацікавлених сторін щодо етичних питань, пов’язаних із взаємодією мозку та комп’ютера. Нейроетика, 6(3), 541-578.
  • Окслі Т., Опі Н. та ін. (2016). Мінімально інвазивна ендоваскулярна матриця стентів-електродів для високоточного тривалого запису кортикальної нервової активності. Біотехнологія природи, 34(3), 320-327.
  • Рао, Р.П.Н. (2019). Взаємодія мозок-комп’ютер: вступ. Cambridge University Press.
  • Шерман В.Р. та Крейг А.Б. (2018). Розуміння віртуальної реальності: інтерфейс, застосування та дизайн (2-ге вид.). Морган Кауфман.
  • Слейтер, М., і Санчес-Вівес, М.В (2016). Поліпшення нашого життя за допомогою захоплюючої віртуальної реальності. Кордони в робототехніці та ШІ, 3, 74.
  • Wiederhold, BK, & Wiederhold, MD (2007). Терапія віртуальної реальності для лікування тривожних розладів: досягнення в оцінці та лікуванні. Американська психологічна асоціація.

← Попередня стаття Наступна тема→

Повернутися до початку

    Повернутися до блогу