п
с
и
х
о
ф
и
3
и
о
л
о
г
и
я

к
о
р
о
т
к
и
е

с
т
а
т
ь
и

 6

 

Биологическая Обратная Связь единым усилием мозга...

ЛАБОРАТОРИЯ ПРОСТРАНСТВ 
galactic.org.ua 

 

ЧЕЛОВЕК 

 

 



Шлем мозговые волны

Считыватель мозговых волн от NeuroSky (фото AP/Paul Sakuma).




Ниже считыватель мозговых волн от Emotiv Systems (фото Emotiv Systems).

Шлем мозговые волны

На снимках ниже сотрудник Emotiv Systems управляет изменениями в трёхмерной модели Стоунхенджа при помощи мысли. Жесты нужны, видимо, для лучшей концентрации на желаемом действии, поскольку никаких датчиков жестов тут нет, зато есть "шапка", считывающая активность разных зон мозга  (кадры Emotiv Systems).

Шлем мозговые волны

Шлем Вейдера сообщает эмоции игрока
7.05.07. membrana
Американская компания NeuroSky готова выйти на рынок со своей новой разработкой: портативным датчиком мозговых волн, предназначенным для подключения к игровым приставкам или PC.
Опытный образец от NeuroSky — это лёгкое устройство, надеваемое на голову и содержащее один датчик мозговой активности. Он определяет степень концентрации, расслабления или беспокойства человека, оценивая их по шкале от 1 до 100. Как далее воспользоваться этим параметром — дело техники.
Скажем, в показательной игрушке от NeuroSky такой датчик встроен в маску Дарта Вейдера. К маске положены и плащ, и шлем, и, конечно, "лазерный" меч.
И пусть считывание мозговых волн в данном случае нужно всего лишь для включения света внутри меча (датчик в маске передаёт сигнал мечу по беспроводному каналу), из данной демонстрации ясно – перспективы у технологии могут быть самые заманчивые. Собственно, дальше всё зависит от фантазии разработчиков. Новейшие считыватели мозговой активности для игрушек создала недавно и американская компания Emotiv Systems . Причём в её последнем прототипе — лёгком аппарате, надеваемом на голову, — установлено целых 18 таких датчиков.
Как и в случае с прибором от NeuroSky, эти датчики снимают энцефалограмму без проводящего геля и сотен электродов, привычных для громоздкой аппаратуры, применяемой в клиниках.
Помимо контроля основных перемен в настроении и концентрации внимания игрока, аппаратик Emotiv обнаруживает мозговые волны, указывающие на улыбку, моргание, смех и даже определённые мысли. Так, аппарат можно настроить, чтобы виртуальный персонаж ударял соперника кулаком только при одной мысли игрока об этом.

"Мозговой" джойстик от Emotiv можно использовать не только для игр или, скажем, не только для управления виртуальным персонажем. После некоторой тренировки и, соответственно, при наличии нужной программы, с его помощью можно мысленно управлять объектами на экране, менять масштаб изображения, изменять форму объектов и так далее. Собственно смотрите ролик на YouTube.
Тут нужно упомянуть одного из передовиков новой "мозговой волны" — комплект для мозговой обратной связи (neurofeedback), называемый SmartBrain . Его с 2005 года продаёт американская компания CyberLearning. Набор за $600 работает пока со старыми PlayStation и Xbox, но вскоре будет совместим и с PlayStation 3, и с Xbox 360.

Обезьяны смогли управлять роботом, используя только свои мысли
28.05.08. news.bbc.co.uk
Сотрудниками Школы медицины университета Питтсбурга (University of Pittsburgh School of Medicine) в ходе эксперимента в первичную моторную зону мозга обезьян были вживлены зонды, толщиной в человеческий волос. Сигналы с этих датчиков компьютер интерпретировал и преобразовывал электромагнитные импульсы в соответствующие команды манипулятору, конструкция которого имитирует человеческую руку. После небольшой тренировки две обезьянки, движение лап которых было ограничено, смогли накормить себя при помощи механической руки.
Руковадитель эксперимента доктор Эндрю Шварц (Andrew Schwartz) отметил, что движения руки были плавными и естественными, поэтому обезьянки могли регулировать скорость и направление движения руки, а также легко хватать пищу. Вероятнее всего, полагают ученые, что животные воспринимали руку робота как часть своего тела. Эксперимент оказался успешным на 61%.


Мысленный интерфейс картины активности мозга
Впервые человек сумел восстановить (нижняя надпись) увиденный другим человеком образ (верхняя надпись), "считывая" его прямо из коры головного мозга. Не без помощи техники, разумеется.

Машина считала зрительный образ с мозга человека
15.12.08. membrana
Применяя функциональную магнитно-резонансную томографию (fMRI), экспериментаторы научились чётко определять — что видит испытуемый. Хотя предъявляемые его взору изображения пока ещё чёрно-белые и содержат всего сотню довольно крупных пикселей (применялось изображение 10 х 10), — это огромное достижение в понимании "шаблонов" нейронной активности, связанных со столь сложными процессами, как восприятие зрительной информации.
Юкиясу Камитани (Yukiyasu Kamitani) и его команда из лаборатории вычислительной неврологии института передовых телекоммуникационных исследований ATR Computational Neuroscience Laboratories) совместно с несколькими учёными из ряда других японских институтов и университетов осуществили первую в мире визуализацию того, что видят люди, основанную на снятии параметров мозговой активности.
Разумеется томограф показывает лишь изменение в кровотоке через определённые зоны коры, связанные с активностью тех или иных групп нейронов. Но, поняв закономерности в таких изменениях, можно научиться выполнять обратное преобразование — от возбуждения нейронов к тому, что вызвало эту реакцию — будь то голоса, мысли или те же самые картинки, стоящие перед глазами. Японские экспериментаторы во главе с Юкиясу объясняют, что получение на экране 100-пиксельных чёрно-белых картинок, "вынутых" из мозга человека, — лишь начало. А ведь и этот опыт, если разобраться, не так уж прост.
Сначала машина должна была выявлять в картине активности нейронов практически каждый пиксель увиденной человеком картинки по отдельности. Для этого компьютер сначала должен был выявить закономерности в отклике тех или иных нейронов на предъявляемые картинки. Чтобы обучить машину, экспериментаторы показывали испытуемым 440 "стопиксельных" изображений (сгенерированных случайным образом), в течение 6 секунд каждое (с 6-секундными паузами). Томограф исправно поставлял компьютеру рисунки активности групп нейронов в зрительной коре (причём — в трёхмерном пространстве). Затем последовала ещё серия изображений, но уже не со случайным шумом, а с простыми геометрическими фигурами или отдельными буквами.
После такого обучения программа нашла корреляцию между пикселями на тестовом изображении и включающимися нейронами. А насколько составленные "правила" оказались верны — было легко проверить.

Мысленный интерфейс картины активности мозга
Результат нескольких тестов технологии на двух испытуемых. Вверху – предъявленные картинки. Ниже – сырые реконструированные изображения, каждое получено после одного сканирования. Самый нижний ряд – усреднённые восстановленные картинки.
Общий принцип декодирования "зрительных мыслей.
(иллюстрации Yukiyasu Kamitani et.al.)

Мысленный интерфейс картины мозга

Во-первых, людям предъявляли разнообразные простые рисунки (в пределах всё той же решётки 10 х 10 точек), которые с хорошей достоверностью "проявлялись" на мониторе. А во-вторых, испытуемым показывали слово Neuron — и оно также исправно отражалось на компьютерном экране.
Ключом к успеху стало построение моделей отклика групп нейронов на разном масштабе для одной и той же картинки. То есть, получив сигнал с томографа, программа разбивала гипотетическое поле 10 х 10 пикселей (которое ей предстояло заполнить) на перекрывающиеся зоны разного размера (1 х 1 пиксель, 1 х 2 пикселя, 2 х 1, 2 х 2 и так далее). Затем, пользуясь своими шаблонами, она определяла, какова вероятность, что данная группа пикселей белая, чёрная или является комбинацией двух этих цветов.
Множество таких оценок позволяло машине выставлять цвет уже для каждого пикселя по отдельности, и такое реконструированное изображение оказывалось очень близким к тому, что видел человек на самом деле, хотя, конечно, не совпадало полностью.
(Детали этой работы можно найти в статье в журнале Neuron.)
Чтобы существенно повысить разрешение таких распознаваемых образов, а заодно — научиться считывать и информацию о цвете пикселей, потребуется ещё несколько лет экспериментов. Зато на горизонте вырисовываются привлекательные картины. Доктор Кан Чэн (Kang Cheng) из японского института исследования мозга (face="Arial">RIKEN Brain Science Institute) предсказывает, что дальнейшее развитие этой технологии в течение 10 лет не только позволит добавить к картинкам цвет, но вообще – перейти к буквальному чтению мыслей "с некой степенью точности".

Мозговой оркестр впервые сыграл симфонию мыслей
6.05.09. membrana
Группа экспериментаторов сыграла музыкальную композицию силой мысли. И обычная просьба дирижёра "сосредоточьтесь на музыке" здесь звучала как нельзя к месту. "Мультимодальный мозговой оркестр" (Multimodal Brain Orchestra — MBO) — это странная смесь науки и искусства, созданная группой учёных и музыкантов из университета Помпеу Фабра (Universitat Pompeu Fabra) в Барселоне. "Только недавно мы стали ценить более сильную связь между сознанием, мозгом и телом, — говорит Пол Верчур (Paul Verschure), руководитель проекта. — Но мы ещё удивимся, увидев, на что ум и мозг окажутся способны, если получат возможность непосредственно взаимодействовать с миром, минуя тело". Такую возможность, применительно к музыке, и предоставили своим мозгам исследователи. И это было закономерным продолжением экспериментов группы. Ведь MBO — детище лаборатории синтетических, перцептивных, эмоциональных и когнитивных систем (Synthetic Perceptive, Emotive and Cognitive Systems — SPECS), которую Пол и возглавляет. А SPECS — мультидисциплинарная команда, включающая физиков, биологов, психологов, инженеров и специалистов по компьютерной технике.
Эта лаборатория изучает процессы восприятия и познания, рождения эмоций, психологические и поведенческие механизмы у человека. Но использует для этого "технический" подход — различных роботов, системы виртуальной реальности, интерактивные объекты и компьютерные модели, взаимодействующие с людьми. Так одним выстрелом убиваются сразу два зайца: учёные узнают что-то новое о том, что скрыто у нас под черепной коробкой, а заодно появляются и тестируются перспективные технологии, которые могут найти применение в широком спектре областей: от биомедицинских исследований и лечения нейрозаболеваний до развлечений.
В развлечениях же порой также бывает скрыт глубокий смысл. Скажем, превратить визуальное восприятие и эмоции оркестрантов в музыку — чем не познавательный опыт?
Оркестр включал одного музыканта, который играл традиционным способом, четырёх так называемых мозговых музыкантов, которые управляли воспроизведением своих партий при помощи мысли (некоторые из этих людей также эпизодически брали в руки и нормальные инструменты), обычного дирижёра (его роль исполнил автор композиции — Джонатас Манцолли (Jonatas Manzolli), а также "эмоционального дирижёра", роль которого мы опишем позднее.
Шлем мозговые волныЧетыре мозговых музыканта носили головные устройства со множеством датчиков электроэнцефалограммы (эти "мозговые шапки" и сопутствующую им электронику, снимающую показания мозговой активности, поставила оркестрантам австрийская компания Guger Technologies). Мозговые волны служили сигналом для включения того или иного звука (записанной ранее партии того или иного инструмента), а также для коррекции его громкости и модуляции.
Но ведь нужно было сделать так, чтобы композиция не просто проигрывалась с записи, а игралась людьми вживую. Как этого достигли?
У первой пары музыкантов перед глазами были установлены экраны с хаотично меняющимися строками и столбцами из букв. Исполнители должны были искать среди них заданные символы (в соответствии с ходом партии). Когда взгляд фиксировал правильный символ, прибор ловил на электроэнцефалограмме так называемый сигнал P300 — характерный зубец, появляющийся всегда через 300 тысячных секунды после узнавания объекта. Этот знак служил сигналом к вступлению тех или иных виртуальных инструментов, звучащих с компьютера.
Другая пара исполнителей держала перед глазами ящички с четырьмя мигающими на разных частотах лампочками. По знаку дирижёра музыканты должны были сосредотачивать своё внимание на одном из огней. В это время компьютер искал в ЭЭГ характерную подпись от данного визуального стимула (так называемый потенциал SSVEP, зависящий от синхронизации мозговых волн и вспышек).
При этом параметры ЭЭГ, в которых программа вычленяла уровень возбуждения и валентность (двумерная шкала для описания эмоционального состояния), влияли соответственно на громкость музыки и тембр воспроизведения фрагментов.
Но произведение Xmotion включало в себя не только музыкальную часть. Одновременно на большом экране демонстрировались видеокадры, своего рода эмоциональная иллюстрация к музыке. И тут нужно отметить, они не просто проигрывались с заранее сделанной записи.
Шлем мозговые волны
Вот для чего был нужен ещё один участник — эмоциональный дирижёр (это была женщина). Она сидела в комфортном мягком кресле и через очки виртуальной реальности просматривала серию игровых видеосюжетов, отснятых художником Бехдадом Резазадехом (Behdad Rezazadeh) специально для данного проекта.
На теле эмоционального дирижёра были закреплены датчики проводимости кожи, дыхания и пульса. При изменении их сигналов компьютер вмешивался в воспроизводимые кадры (что и наблюдали зрители на экране). Таким образом, визуальная часть представления оказывалась отражением зрительного опыта и эмоциональных откликов на него у "второго дирижёра" — той самой дамы в кресле.
Насколько этот видеоряд удачно дополнял музыку, можно только догадываться. Но, заметим, музыку ведь женщина тоже слышала, и её физиологическая реакция отчасти зависела от музыкальных переживаний.
Биолог Анна Мура (Anna Mura), один из участников проекта, сравнивает MBO с обычным оркестром: "У нас есть первая скрипка, вторая скрипка и так далее, за исключением того, что вместо скрипок тут — мозги".
Кстати, MBO — не первый пример использования мозговых сигналов для музыки. Скажем, ещё в 1965 году американский композитор Элвин Люсьер (Alvin Lucier) представил композицию Music for Solo Performer, в которой в качестве главной составляющей (дополненной ударными) были использованы "озвученные" альфа-волны из мозга исполнителя (снятые через электроды на коже головы).
Но в MBO впервые в качестве управляющих музыкой элементов были применены "рисунки" мозговой активности более высокого уровня (такие как сигналы P300 и SSVEP).
Для Верчура и его команды данный эксперимент — скромный шаг на пути к заманчивой цели: раскрепостить мозг в творчестве, дать ему возможность сбросить оковы тела и начать проявлять себя через прямой интерфейс мозг-компьютер, дабы преодолеть границы реальности и расширить субъективный опыт. "Мы умеем это делать, когда спим, – напоминает SPECS. — А с новыми технологиями мы можем проявить этот потенциал, создавая тем самым ноосферу".
Получается, что за курьёзным опытом стоит философия познания себя при помощи техники. И это только начало.
 "Люди считают, что понимание того, как мы чувствуем, поможет нам осмыслить, что такое собственно сознание. Наша технология идёт в этом направлении. Пока мы не можем с её помощью объяснить сознание, но мы, по крайней мере, изучаем его поверхность", — поясняет Анна.

А как всё это выглядело, можно увидеть в ролике, показывающем финальную репетицию оркестра перед дебютом на публике.



Тренажер телекинеза

Представитель Mattel  мысленно направляет шарик в кольцо
Тренажер телекинеза
GALACTIC
VIDEO

Тренажеры телекинеза
14.01.09. www.mattel.com
Чем глубже концентрация внимания, тем больше сила ума! На выставке бытовой электроники CES 2009 в Лас-Вегасе американской компанией Mattel был представлен тренажер Mind Flex предназначенный для овладения искусством управления слабыми токами собственного мозга.
 Mind Flex состоит из двух блоков: наушники с контактами, которые надеваются на голову, подключаются к мочкам ушей и таким образом считывают электромагнитные импульсы коры головного мозга. Полученные данные по радиоканалу поступают в игровой блок и управляют силой вертикального потока воздуха, который бьет из пластмассового основания. В этом потоке болтается легкий поролоновый шарик, который силой мысли можно заставить подниматься или опускаться. Научившись концентрироваться правильным образом, можно усложнить задачу, запустив по кругу серию препятствий-колец, сквозь которые шарик должен проскакивать.
При кажущейся простоте игра требует сильнейшей концентрации, ведь как только концентрация игрока ослабевает, шарик падает.

О своем намерении производить похожий продукт заявила еще одна компания по производству игрушек — Uncle Milton. В их варианте игровая консоль будет называться Force Trainer, в честь сверхспособностей интеллекта героев культовых «Звездных войн» — мастера Йодо и Люка Скайуокера. В Force Trainer от игрока требуется силой мысли провести шарик по стеклянному лабиринту. Этот вариант игры, так же как и Mindflex, использует ЭЭГ-технологию, которую специально для Mattel и Uncle Milton адаптировала компания, занимающаяся инновационной медициной, — NeuroSky.
Эта калифорнийской компания одного из пионеров в выводе интерфейсов «мозг — компьютер» на потребительский рынок. О работе над компактными датчиками NeuroSky и Одном из главных изобретателей компактного считывателя мозговых волн считается Кухене Ли (KooHyoung Lee).

Интерфейс дарит свободу действий
7.07.09. membrana
Ранние опыты в области управления инвалидной коляской силой мысли учёные и инженеры ставили ещё в 2003 году. Базировались они на съёмке электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Главная трудность тут не в получении сигналов активности клеток, а в том, чтобы понять – что именно означают эти сигналы?
Недавно очередной крупный шаг сделала компания Toyota совместно с институтами японского исследовательского фонда RIKEN. Партнёры представили инвалидное кресло, вполне живо и оперативно управляемое силой мысли. В основе – всё та же шапочка с электродами для снятия ЭЭГ. Новшества в деталях.
Одна из трудностей подобной технологии – электрический шум. Сигналы от клеток мозга измеряются микровольтами и легко перекрываются помехами. Другая проблема – точность размещения электродов в ключевых точках. В случае с применением "мозговой шапки" в движении неизбежно возникают небольшие сдвиги этой самой шапки, приводящие к искажению картины.
Это всё складывается с трудностью расшифровки сигналов и умножается на время, необходимо компьютеру, чтобы верно интерпретировать данные.
И вот теперь, как гласит пресс-релиз компании Toyota, японские учёные добились существенного ускорения декодирования сигналов с шапки с электродами. В новом кресле пациент просто представляет себе желаемое направление движения, а система расшифровывает его мозговые сигналы всего за 125 миллисекунд. То есть кресло принимает новую команду каждые 1/8 секунды. При этом перед глазами человека на экране ноутбука отражается принятое решение – обратная связь помогает настроиться на нужный лад. А в результате на новом кресле можно хоть слалом между стульев выполнять. При этом после тренировки и смотреть на экран не нужно – человек ощущает такое кресло как продолжение себя.
Не так давно Honda усовершенствовала мысленный интерфейс "человек – робот", добавив к ЭЭГ ещё и портативную систему инфракрасной спектроскопии. Так, совместив два источника данных, удалось повысить точность понимания мысленных команд человека – она составила 90%. А вот у кресла "Тойоты", с одним дешифратором ЭЭГ, но зато скоростным, точность распознавания команд инвалида составила 95%. Секрет, как поясняет компания, заключается в новых алгоритмах разделения полезного сигнала и шума, а также – в некой пространственно-временной фильтрации сигналов мозга. Японцы намерены довести свою технологию до практического применения, а также собираются продолжить опыты с расшифровкой мозговых волн, в том числе отражающих не только желание человека передвинуться правее или левее, но и сообщающих о его эмоциях. Однако слабые сигналы и погрешности в позиционировании не позволяют значительно нарастить тонкость распознавания сложных мыслей.

Шлем мозговые волны
Пучки тончайших проводков, сгруппированных в зелёный и оранжевый кабели, подходят к тонким и прозрачным силиконовым "пластырям" (на снимке они едва заметны), заполненным массивом микроскопических электродов (фото University of Utah Department of Neurosurgery).

-

Есть альтернатива – помещение электродов непосредственно в мозг. Учёные из университета Юты (University of Utah) создали технологию, способную совместить тонкость считывания, как у погружённых электродов, с безопасностью почти такой же, как у электродов ЭЭГ, сидящих на простой шапочке.
Как сообщает команда разработчиков в пресс-релизе университета, новинка представляет собой массив легчайших и почти незаметных простым глазом микроэлектродов, предназначенных для снятия электрокортикограммы. И главное – помещаются они на  поверхность мозга (под черепную коробку), но при этом ни на йоту не погружаются в мозг как таковой.
Новые электроды столь малы, что могут фиксировать сигналы от очень небольших групп клеток, что в будущем позволит, к примеру, провести операцию по удалению крошечного участка мозгового вещества. А чем меньше будет такой удаляемый участок, тем лучше.
В испытаниях на добровольцах авторы технологии варьировали расстояние между соседними микроэлектродами в группе, выявляя наиболее оптимальную дистанцию для считывания различных сигналов без перекрёстных помех. Она оказалась равна 2-3 миллиметрам.
Для того чтобы выявить, насколько массив микроэлектродов способен вычленять тонкие мозговые сигналы из общего потока, учёные просили пациентов поработать с компьютерной мышью, а сами в это время записывали показания сенсоров, размещённых на поверхности мозга, в зоне, ответственной за моторику рук. Компьютерные вычисления показали, что точность снятия сигналов достаточно высока, чтобы машина могла определять движение руки по одним только показаниям микроэлектродов.
А это значит, что в будущем данная технология вполне может вылиться в киберинтерфейс, позволяющий парализованным пациентам управлять техникой. Причём микроэлектроды позволяют снимать сигналы с мозга в реальном времени, что и необходимо для такого рода приложений.

 1    2    3    4    5   оглавление    7 
 

   

- человек - концепция - общество - кибернетика - философия - физика - непознанное
главная - концепция - история - обучение - объявления - пресса - библиотека - вернисаж - словари
китай клуб - клуб бронникова - интерактив лаборатория - адвокат клуб - рассылка - форум