Разработан новый тип высокоскоростного неинвазивного интерфейса мозг-компьютер - «Наука и технологии»

В течение двух прошедших десятилетий ученые занимались разработкой интерфейсов, которые могут связать нервную систему и мозг человека напрямую с компьютером, технологию, которая до этого была лишь предметом научной фантастики. Реализация подобных интерфейсов уже позволяет создавать нейроинтерфейсы между "умными" протезами и нервной системой, которые в корне изменяют жизнь людей, страдающих от нарушений коммуникативных функций и сенсорно-двигательной моторики. Кроме этого интерфейс могз-компьютер (brain-computer interface, BCI) может в недалеком будущем стать тем мостом, на котором будут базироваться абсолютно новые парадигмы взаимодействия человека с компьютерами и другими электронными устройствами.

Одним из препятствий, которые ограничивают практическое применение BCI-интерфейсов в настоящее время, являются их низкие скоростные коммуникационные показатели. Самым распространенным методом реализации таких интерфейсов являются технологии электроэнцефалографии (electroencephalogram, EEG), неинвазивные технологии съема картины мозговой деятельности, отличающиеся простотой и низкой стоимостью. К сожалению, системы EEG обладают весьма низким значением показателя соотношения сигнала к шуму, поэтому скорость передачи полезной информации в таких системах крайне низка и составляет порядка 1 бита в секунду. Именно с такой скоростью работает достаточно популярное приложение, которое через акустическую систему компьютера произносит вслух тест, читаемый человеком с экрана.

Инвазивные технологии, в которых электроды или датчики внедряются в мозг путем хирургического вмешательства, обеспечивают более высокие скорости обмена информацией. Но их применение также далеко от практичности в силу ряда очевидных причин. А недавно ученые из Калифорнийского университета и университета Цзинхуа в Пекине разработали новый тип неинвазивного BCI-интерфейса, который обеспечивает самую высокую скорость обмена информацией на сегодняшний день.

Исследователи назвали свою систему Steady-State Visual Evoked Potentials (SSVEP). Она работает, регистрируя направление взгляда человека, сфокусированного на каком-либо знаке. Все это представляет собой нечто вроде виртуальной клавиатуры, на клавиши которой надо нажимать не пальцами, а указывать взглядом. Опытный образец SSVEP уже позволил добиться рекордного значения скорости ввода информации. На ее нынешнем уровне реализации система SSVEP позволяет человеку "писать" со скоростью 50-60 символов в минуту, что соответствует скорости обмена информацией в 4.5-5.5 бита в секунду, но при условии дополнительной тренировки человека, в ходе которой он обретет опыт в этом деле, скорость ввода информации может еще увеличиться, и притом значительно.

В системе SSVEP используется не только отслеживание движений глаз человека, в процессе работы задействована также картина деятельности его мозга. Вспышки нейронной деятельности определенного типа служат сигналами подтверждения выбора символа и одновременно своего рода "фильтром", позволяющим избавиться от шумовых сигналов. А в недалеком будущем исследователи планируют внедрить в нее алгоритмы синхронной модуляции-демодуляции, что улучшит качество расшифровки нейронных сигналов, и алгоритм адаптивной расшифровки, который может самостоятельно приспособиться к индивидуальным особенностям визуального восприятия каждого человека.