Управляя взглядом. Нейротехнологии облегчат нам жизнь
СМИ о нас
Фото Галины Козуновой (МЭГ-центр МГППУ)
Присмотритесь: человек занят незатейливой компьютерной игрой – выстраивает разноцветные шарики в однотонные линии. Делов-то! Но перед играющим нет ни клавиатуры, ни мышки. Испытуемый силой взгляда выбирает нужный шар, затем переводит взор на линию, где тот должен оказаться, – и готово, он там. Чудеса!
Эксперимент проходит в МЭГ-центре Московского государственного психолого-педагогического университета. Рассказывает один из разработчиков необыкновенного метода, ведущий научный сотрудник, кандидат биологических наук Сергей ШИШКИН.
– Помочь установить точку, куда смотрит человек, помогает прибор айтрекер. Главное в нем – направленная на глаза видеокамера. Алгоритмы айтрекера по положению зрачка вычисляют, куда именно взглянул испытуемый. Но сразу возникает вопрос: он просто из любопытства рассматривает шарики или знает, как дальше строить линию? Поэтому прежде чем сделать ход, просим испытуемого перевести взгляд на специальную кнопку, обозначенную на экране. Так он сообщает нам, что действительно хотел сдвинуть шар. Если на кнопку он не посмотрит, значит, задержал взгляд на шарике не для того, чтобы переместить его, а оценивал позицию или задумался. Тогда компьютерная программа, управляющая экспериментом, не засчитывает ход. Но мы стремимся научить компьютер самостоятельно разбираться, нужно ли ход делать. Для этого мы используем магнитные поля.
Известно, что за деятельностью человека можно наблюдать с помощью электроэнцефалограммы (ЭЭГ) – электрических сигналов, возникающих при работе клеток мозга. Но не все знают, что мозг помимо электрических сигналов продуцирует слабые магнитные поля. Их регистрирует магнитоэнцефалография (МЭГ). Установки для МЭГ пока что стоят недешево, их в мире всего несколько сотен. В России – лишь одна, и она есть в нашем центре. МЭГ-установка регистрирует возникающие в разных областях мозга и выполняющие разные функции магнитные поля испытуемого с помощью 300 датчиков. В отличие от ЭЭГ они помогают обнаружить тончайшие детали работы мозга.
Мы предполагали, что, когда испытуемый задерживает взгляд на шарике, намереваясь сделать ход, в магнитных полях мозга возникают особые «маркеры», что и показали эксперименты. Затем мы попытались научить искусственные нейронные сети автоматически находить среди задержек взгляда на шариках именно те, что связаны с кнопкой. Нам удалось осуществить и это. Хотя мы используем очень короткие участки МЭГ-наблюдений (длительностью чуть больше полсекунды), эти данные можно зафиксировать. Так открылась возможность научить нейросетевые алгоритмы определять намерение сделать ход еще до того, как человек перестал смотреть на шарик. Это исследование мы описали в статье, которая недавно вышла в журнале Frontiers in Neuroscience.
Если получится добиться достаточно высокой точности срабатывания нейросетей, можно будет создать устройство, которое откроет новые возможности помочь парализованным людям. Устройство облегчит им взаимодействие с компьютером, сделает его простым и надежным.
– Каждый ли пациент способен освоить ваш метод?
– От испытуемых не требуется сильно стараться, чтобы силой взгляда научить компьютер исполнять их желания. На тренировку обычно уходит всего несколько минут, и люди увлекаются игрой.
– Представим, что ваша технология уже действует. Что это даст пациентам?
– Главное, что они смогут пользоваться компьютером практически так же, как здоровые люди. Будут свободно «перемещаться» в Сети, «кликая» взглядом интернет-ссылки, открывать электронную книгу и читать, переворачивая страницы. А находясь в палате, сумеют вызвать сиделку, «нажав» на звонок, отрегулировать освещение или температуру. Технология поможет управлять инвалидной коляской и роботами-помощниками: они также научатся разбираться, когда хозяин взглядом дает команду.
– Но это в будущем. В каком состоянии ваш метод сегодня?
– Технологии управления компьютером для обездвиженных пациентов разрабатывают на основе интерфейсов мозг-компьютер, а также айтрекерного управления. Несколько лет назад впервые в мире мы объединили обе технологии в единую систему «интерфейс глаз-мозг-компьютер». Надеемся, что благодаря МЭГ сделаем распознавание намерений более точным. Безусловно, важно, чтобы устройство для управления компьютером не было слишком дорогим и громоздким. Сейчас МЭГ годится только для лабораторных исследований. Однако уже ведется разработка более дешевых и компактных датчиков. Есть надежда, что по мере углубленного изучения признаков намерения, обнаруженных в МЭГ-сигнале, удастся найти похожие зацепки и в ЭЭГ, а эти устройства и сегодня доступны массовому пользователю. Если мы сможем превратить нашу технологию в миниатюрное, легко управляемое и достаточно дешевое устройство, оно будет помогать не только пациентам, но и здоровым людям. Выполнять самые разные действия, в буквальном смысле не пошевелив и пальцем. Например, одним лишь взглядом рисовать на экране монитора или играть в компьютерные игры и даже управлять автомобилем с круиз-контролем. Но надо иметь в виду, что подобным технологиям нельзя полностью передать управление там, где нужна особая надежность: взгляд неизбежно иногда будет выходить из-под надзора. Но если за безопасность будет отвечать робототехника, а это уже близкое будущее автомобильного транспорта, да и не только его, то почему бы не передать часть управления взгляду.
– Вы участвовали в организации Недели нейротехнологий и когнитивных наук в Москве. Там много говорилось о том, как помочь молодым людям осваивать нейро- и когнитивные науки, а также нейротехнологии. Что показалось вам примечательным?
– Обратил внимание, как много выступавших (не только ученых, но и представителей нейротехнологического бизнеса) говорили о нехватке кадров. Особенно остро этот вопрос на круглых столах обсуждали ведущие специалисты, говорившие о состоянии исследований, технологий и образования. Профессионалов не хватает и для фундаментальных исследований, и для разработки, и для испытаний новых технологий. Высококвалифицированные кадры нужны и нашему МЭГ-центру, чтобы спланировать и провести нейрофизиологические исследования. Но таких специалистов готовят лишь несколько вузов. Беда в том, что в стране крайне мало сильных нейрофизиологических лабораторий, отсюда и проблемы. В мире, между тем, растет популярность нейронаук и нейротехнологий. Китай, например, начав с нуля, почти догнал Германию по числу публикаций в ТОП-журналах. Чтобы не отстать в этой важной области наук и технологий, необходимо срочно исправлять ситуацию. Вселяет надежду тот факт, что представители ведущих вузов договорились объединить усилия в подготовке столь нужных нам профессионалов.