Управлять силой мысли
В России запущено производство массового гаджета, принцип работы которого построен на распознавании сигналов мозга компьютером. В будущем технологии нейроинтерфейса смогут кардинально изменить нашу жизнь, но сначала придется преодолеть ряд технологических сложностей
Человеческий мозг генерирует электрические сигналы, которые легко распознать датчиками, расшифровать, превратить в компьютерные данные. С помощью этих данных человек может в режиме реального времени следить за своими когнитивными способностями. Именно на таком принципе основана работа гаджета Mind Tracker, массовое производство которого недавно началось в Таганроге. Новое устройство от российского стартапа Neiry представляет собой головную повязку или наушники, в которые встроены датчики, считывающие уровень активности коры головного мозга. Производитель обещает, что Mind Tracker, подобно фитнес-браслету, поможет определить степень утомляемости и тревожности своего владельца. Но не только: гаджет способен выявить природные способности человека к той или иной умственной деятельности. Создатели продукта декларируют, что его появление — существенный шаг к развитию передовых технологий нейроинтерфейса, обеспечивающих связь между мозгом и компьютером. Благодаря этим технологиям в ближайшем будущем компьютеры научатся распознавать наши мысли. Включить свет в комнате или убавить громкость телевизора можно будет, просто подумав об этом.
Соединить мозг и компьютер
То, что человеческий мозг генерирует электрические импульсы, ученые обнаружили еще в середине XIX века. Позже эти биотоки научились записывать и распознавать — так появилась электроэнцефалография, раздел медицины, изучающий электрическую активность головного мозга. Начиная с 1930-х годов врачи, в том числе в СССР, активно используют данные электроэнцефалограммы (ЭЭГ): подключенные к мозгу электроды определяют такие параметры биотоков, как средняя частота колебаний, амплитуда, фаза, динамика. Таким образом определяется функциональное состояние головного мозга, диагностируются различные заболевания, прежде всего связанные с деятельностью центральной нервной системы (в частности, эпилепсия и пр.).
В конце ХХ века энтузиасты и ученые заинтересовались проблемой распознавания не только бессознательных сигналов мозга, но и мыслей человека. Появилась идея создания системы «мозг — компьютер» — так называемого нейрокомпьютерного интерфейса (НКИ). Эксперименты в этом направлении идут с 1970-х годов, и за последнее десятилетие область НКИ превратилась в индустрию: под данным международной аналитической компании Research and Markets, мировые объемы рынка НКИ (Brain Computer Interface, BCI) в настоящее время оцениваются на уровне 2 млрд долларов в год.
Большая часть этого рынка (70%) приходится на медицину. Прежде всего технологии НКИ помогают инвалидам: им имплантируют чип, распознающий команды, которые потом передаются протезам или другим органам. Благодаря этому парализованные люди начинают двигаться, у других пациентов восстанавливаются зрение и слух.
Используются нейрокомпьютерные технологии и в сфере развлечений, например в видеоиграх. В конце 2000-х несколько крупных разработчиков вывели на рынок продукты, в которых разные задания можно было выполнять силой мысли. Например, шведская компания Interactive Productline в 2008 году представила игру Mindball: пользователи надевают гарнитуру с электродами, а затем мозговым усилием гоняют мячик по столу. Американская NeuroSky предложила таким же способом двигать шарик по лабиринту (игра Kinetic Ball). В разных странах мира, в том числе в России, регулярно устраиваются «Нейротлоны» — соревнования по «нейроиграм», в ходе которых с помощью мозговых сигналов, например, нужно первым довести до цели виртуальный межгалактический корабль.
Состояние ума
Основатель и исполнительный директор компании Neiry Александр Панов в беседе с «Экспертом» рассказал, что пришел в сферу НКИ как раз из индустрии игр с нейроуправлением. Создавая игровые программы, он понял, что нейрокомпьютерный интерфейс имеет большое будущее и потенциальный спрос на связывающие мозг и компьютер продукты может быть очень высоким, если сделать их удобными для использования в повседневной жизни.
«Глобально все устройства НКИ можно разделить на несколько групп, — рассказывает Александр Панов. — Первая — это очень дорогое научное оборудование. Им можно пользоваться в клинических условиях, там много проводов, а для лучшего контакта датчиков с кожей на голову наносят специальный гель. Второй вариант — дешевые, плохо работающие гарнитуры для игр. Третий — отличные удобные устройства, стоимость которых достаточно высока: порядка семи тысяч долларов. Мы поставили перед собой задачу сделать качественный гаджет по доступной цене».
Компания Neiry была создана пять лет назад, она является резидентом фонда «Сколково», участвует в программах Агентства инноваций Москвы. В штате компании сейчас насчитывается порядка 40 человек. Недавно она привлекла 541 млн рублей инвестиций от Фонда поддержки проектов Национальной технологической инициативы (НТИ) и внешних инвесторов на развитие нейроинтерфейсов.
По словам Александра Панова, над майнд-трекером работают прежде всего IT-специалисты, но в компании есть и нейрофизиологи, выпускники биологического факультета МГУ и других российских вузов. Компания имеет свою биотехлабораторию, консультантами которой выступают доктора наук из различных НИИ, в частности НИИ нейронаук и медицины. А в основу проекта были положены труды российских ученых — например, исследования индивидуальной частоты альфа-пика Ольги Базановой. Представители Neiry утверждают, что благодаря такому научному бэкграунду устройство отличается уникальными потребительскими свойствами.
«Мы провели много исследований и сделали так, что датчики плотно прилегают к голове пользователя, — говорит Александр Панов. — Кроме того, сами датчики в виде подвижных электродов имеют оригинальную конструкцию, позволяющую максимально эффективно определять активность мозга. Наконец, еще один важный элемент — наше собственное решение по распознаванию сигнала. Это уникальная программа, которая позволяет правильно интерпретировать получаемую информацию. В целом подобные устройства считывают биопотенциалы хуже, чем медицинские, но благодаря разработанному нами софту можно очищать и фильтровать данные об активности мозга».
Иными словами, Mind Tracker не позволяет поставить точный медицинский диагноз, однако достаточно точно отражает общее состояние мозга и нервной системы в тот или иной момент времени. На сегодняшний день трекер представлен в двух вариантах: простая версия в виде повязки на голову (Neiry Headband) с четырьмя встроенными электродами и более сложная — наушники (Neiry Headphones) с пятью электродами. Розничная стоимость первой версии составляет 70 тыс. рублей, второй — 120 тыс. Устройство комплектуется программой, которую пока можно устанавливать только на компьютерах с операционной системой MacOS или Windows. В дальнейшем будут представлены приложения и для мобильных телефонов с iOS и Android. «Наш продукт — это как фитнес-браслет, только для мозга, — продолжает Александр Панов. — Он в режиме реального времени анализирует волны мозговой активности, измеряет текущее психоэмоциональное состояние и когнитивную нагрузку. Благодаря нашим технологиям пользователь сможет понять, что влияет на его интеллект, и научится удерживать концентрацию, когда это необходимо».
По словам разработчиков, датчики майнд-трекера считывают тета-волны (диапазон 4 Гц, связаны со сложными мыслительными процессами, такими как обучение и память), альфа-волны (7 Гц, отвечают за расслабление и спокойствие) и бета-волны (13 Гц, соотносятся с состоянием умственного напряжения и тревожными мыслями). Все эти данные мозговой активности расшифровываются, превращаясь в понятные метрики: пользователь видит в процентном выражении уровень своей когнитивной нагрузки, степень усталости, тревожности и стресса.
Более того, специалисты Neiry заявляют, что в состоянии определить склонность человека к той или иной умственной деятельности. Это можно сделать с помощью фиксации так называемой индивидуальной частоты альфа-пика (iAPF): людям с более низкой iAPF труднее долго фокусироваться на предмете, при этом они легко и быстро генерируют новые идеи. Те же, у кого этот показатель высокий, наоборот, способны концентрироваться на решении сложных задач и склонны к точным наукам.
Компания Neiry выпускает майнд-трекер на собственных производственных мощностях в Таганроге. В конце прошлого года была изготовлена пробная партия, 500 штук, — ее распродали за несколько недель. В Neiry заявляют, что первые отзывы положительные: покупатели говорят, что благодаря устройству им удалось повысить производительность труда и решить проблему плохого сна (на основе данных трекера пользователь распределил рабочую нагрузку и замерил мозговую активность перед сном и т. д.). В течение ближайшего года компания планирует выйти на выпуск порядка 5000 гаджетов ежегодно, причем продавать их предполагается не только в России, но и за рубежом, в том числе в Европе и США. Предзаказ примерно на 1000 устройств уже есть.
Участники рынка считают, что новый продукт весьма перспективен. «Российские разработчики вполне способны конкурировать с зарубежными компаниями в сфере технологий интерфейса “мозг — компьютер”, в РФ есть множество исследований в этой области, — говорит Максим Няголов, технический директор компании Darwin Intelligence (Южная Корея, проекты в области искусственного интеллекта). — Новое устройство компании Neiry действительно можно использовать для отслеживания активности мозга человека в режиме реального времени, чтобы контролировать эмоциональное и когнитивное состояние и обнаруживать начало снижения функций мозга».
Закачать в голову знания
В будущем в Neiry планируют заняться более глубоким анализом мозговых ритмов, чтобы компьютер научился наконец читать мысли. «Сейчас все еще есть барьер при вводе информации в компьютер, — поясняет Александр Панов. — Традиционно ее вводят с помощью клавиатуры или не так давно появившихся систем распознавания речи. Но если машины смогут распознавать мысленные команды, человечество выйдет на принципиально новый уровень развития».
Энтузиасты, увлеченные идеей слияния человеческого мышления и компьютерных технологий, мечтают о том, что люди научатся скачивать себе на подкорку любую информацию, например иностранный язык. А всемирная сеть интернет превратится в «Нейронет» или Web 4.0, где можно будет связаться с любым человеком просто силой мысли. Однако картина сервисов будущего, когда пользователь, допустим, подумал о газировке и ему тут же ее доставили, еще очень далека от реального воплощения. Опрошенные «Экспертом» специалисты говорят, что здесь есть две ключевые проблемы: первая — как получить качественный сигнал, вторая — как его расшифровать. «Токи мозга отражаются от черепа, добиться чистого сигнала очень сложно, — рассказывает Андрей Алмазов, директор по проектной работе ассоциации “Национальная база медицинских знаний”. — Идеальный вариант — вживить датчик непосредственно в голову, но это опасно и травматично. Но даже если записать качественный сигнал мозговой активности, нам вряд ли удастся правильно распознать и интерпретировать его».
«Человеческий мозг — структура сама по себе очень сложная, мы до сих пор до конца не знаем принципов мышления и уж тем более далеки от того, чтобы читать мысли, — продолжает Павел Бранд, невролог, медицинский директор сети клиник “Семейная”. — Да, в результате тренировок компьютер можно научить понимать мысленные команды, но очень простые: поднять руку, согнуть палец. Распознавать более сложные мысли, например увидеть на мониторе картинку образов или снов человека, — это уже из области фантастики».
Несмотря на это, в последние годы в разных странах довольно активно ведется разработка таких устройств. Например, Facebook (организация признана экстремистской и запрещена в России) в 2019 году за 500 млн долларов приобрел специализирующийся на нейротехнологиях стартап CTRL-Labs. Руководство ведущей социальной сети заявляет, что в будущем управление силой мысли станет важной составляющей глобального виртуального мира — метавселенной, курс на создание которой Facebook (соцсеть признана в РФ экстремистской и запрещена) открыто провозгласил. Однако до коммерциализации подобных идей дело пока не дошло. Один из самых богатых людей мира Илон Маск когда-то широко рекламировал свое предприятие Neuralink, которое продвигает идею вживления имплантов для считывания информации из мозга. Но и там пока все остается на уровне гипотез и экспериментов. Самый успешный опыт — обезьяна с чипом в мозге, которая силой мысли играет на компьютере в пинг-понг.
Помимо Mind Tracker в мире и в России уже продаются различные нейрогарнитуры (средняя цена — 25–90 тыс. рублей) «для релаксации и медитации» или для игр (например, NeuroSky MindWave), но пользователи жалуются, что работают они со сбоями. Так, в компьютерных играх перемещать предметы посредством мозгового усилия получается не с первой попытки или с большими задержками. «Существующие прототипы показывают, что управление устройствами с помощью нейроинтерфейсов требует времени. Если физическое нажатие, скажем, на клавишу происходит за доли секунды, то аналогичное действие силой мысли занимает несколько секунд, — комментирует Мария Горденко, инженер-программист, старший преподаватель НИУ ВШЭ и НИТУ МИСиС. — Самая высокая скорость передачи сигналов наблюдается при непосредственном вживлении электродов в мозг. Такие операции уже проводились: еще в конце 1990-х годов электрод вживили парализованному художнику Джонни Рею, и это позволило ему управлять курсором на экране компьютера. Сейчас рано говорить о широком применении такой технологии из-за малого количества проведенных экспериментов, возможных рисков осложнений при работе напрямую с мозгом, законодательных ограничений».
Над прототипами подобных гаджетов трудятся и многие российские научные организации, в том числе Научно-исследовательский центр нейротехнологий (НИЦНТ) Национального исследовательского технологического университета МИСиС. В рамках НТИ создано специальное направление «Нейронет»; в его работе участвуют отечественные компании, развивающие технологии НКИ, такие как «Нейроботикс», «Нейротренд» и др. «В нашей лаборатории есть оборудование, позволяющее считывать и оцифровывать сигналы мозга, — рассказывает Алексей Козуляев, заведующий лабораторией когнитивных исследований Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения (ГУАП). — Благодаря этому человек взглядом может управлять курсором, взаимодействовать с различными устройствами умного дома. Этот вид интерфейса очень перспективный».
Вполне возможно, что в ближайшие десятилетия российским ученым удастся преодолеть все технологические сложности на пути создания систем «мозг — компьютер»; жизнь человечества тогда серьезно изменится. «Я допускаю, что в перспективе пятидесяти лет часть нашей работы за компьютерами, команды для умного дома и передача управляющих воздействий через средства связи могут выполняться нейроинтерфейсами, — прогнозирует Роман Копосов, заместитель директора компании “АРБ Про” (стратегический консалтинг). — На бытовом уровне, скажем, достаточно будет молча сесть в автомобиль и, не производя никаких действий, просто продумать маршрут. А такое направление, как нейромаркетинг, позволит проанализировать глубинные процессы, которые идут в человеческом мозге при виде конкретных товаров и услуг, упаковки, контента, рекламы и прочих элементов маркетинга, и мы получим новый виток развития и распространения технологий НКИ».
Когда появятся коммерческие нейропродукты?
В сфере практического применения далеко продвинулась российская компания «Моторика», которая успешно создает бионические протезы с использованием технологий распознавания сигналов человеческого тела (см. «Как сыграть на гитаре с помощью киберруки», «Эксперт» № 7 за 2021 год; «Азиатский переполох и немного Африки: куда уходит бизнес», «Эксперт» № 1 за 2023 год). О том, смогут ли в ближайшее время трекеры для мозга стать такими же привычными, как умные часы или фитнес-браслеты, рассуждает Михаил Синцов, руководитель направления человеко-машинных интерфейсов компании «Моторика».
— Говоря об интерфейсах «мозг — компьютер» (ИМК) в повседневной жизни, мы пока подразумеваем только неинвазивные технологии, не нарушающие целостность организма при установке и применении. Доминирующим в этой области решением для ИМК является электроэнцефалография — запись электрических биопотенциалов активности коры головного мозга с помощью электродов, установленных на голове человека (для этого существуют специальные шапочки, ободки или просто отдельные электроды). Развиваемая параллельно портативная магнитоэнцефалография широкого распространения не получила из-за сложности устройства датчиков. Самой технологии поверхностной ЭЭГ уже исполнилось сто лет, в основном она применяется для функциональной диагностики в клиниках или в исследовательских проектах, где возможно соблюдать специальные условия при измерениях.
К сожалению, для того чтобы технология работала «в поле» для рядового потребителя, качества измеренного сигнала кортикальной активности в ЭЭГ недостаточно: его часто перекрывают электрические шумы, наводки или даже активность близко расположенных мышц. Самая большая проблема разработок всех систем «мозг — компьютер» — низкое соотношение сигнал/шум у целевого сигнала. Измеряемые электрические биопотенциалы обычно лежат в диапазоне микровольт — милливольт (одна миллионная — одна тысячная вольт, для сравнения: пальчиковая батарейка — это 1,5 вольт), что на порядки меньше наводок от бытовых приборов, находящихся поблизости.
Однако при соблюдении ряда ограничений — например, при нахождении тела в покое, аккумуляции целевого сигнала по пространству с нескольких электродов и во времени — можно выделить полезные биомаркеры физиологического состояния человека. В качестве примера представьте системы ЭЭГ как источник биологической обратной связи для медитации, трекеры усталости водителей, полиграфию на вооружении спецслужб, ЭЭГ-мониторинг сна или развлекательный контент с обратной нейросвязью (игры, музыка, видео, виртуальная или дополненная реальность — VR/AR).
Наша компания использует нейромодуляционную платформу NEMO Sensitive — систему по очувствлению и купированию фантомных болей (болей в ампутированной конечности), которая работает с помощью стимуляции электродов, имплантированных в периферические нервы культи пользователя. Сегодня пилоты — испытатели протезов могут различать, твердый предмет или мягкий, определять на ощупь его размер.
В области неинвазивных ИМК на основе электроэнцефалографии наши разработчики, безусловно, могут конкурировать с иностранными фирмами. Основной вопрос — найти рыночную нишу, где такие продукты будут полезны. В зарубежных ИМК-компаниях существуют решения как с закрытым, так и с открытым исходным кодом и схемотехникой: Emotiv, Muse, Neurosky, NextMind, OpenBCI и пр. В России — в Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде, Ростове, Казани, Самаре, Новосибирске, Томске, Владивостоке — есть сильные научные команды, занимающиеся разработкой ИМК для клинических и прикладных задач, публикующиеся в ведущих научных журналах. Однако компаний, производящих продукт для широкого бытового применения, в нашей стране пока мало.
Преимущество Mind Tracker заключается в том, что в устройстве используются сухие датчики, а не одноразовые или «мокрые» (требующие смачивания поверхности для считывания сигнала) электроды. Поэтому им легко пользоваться — как любым носимым смарт-гаджетом, например умными часами. Подобные коммерческие нейропродукты наверняка вызовут интерес СМИ, станут драйвером профильного образования и развития новых прикладных областей — все это положительно скажется на отечественной нейротехнологической сфере».
Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl