Нейрокомп'ютерний інтерфейс: відмінності між версіями

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Інтерактивний перегляд історії
[неперевірена версія][неперевірена версія]
← Попереднє редагуванняНаступне редагування →
Вилучено вміст Додано вміст
ВізуальнийВікірозмітка
НКІ у реабілітаційній медицині + Актуальна література
Рядок 3: Рядок 3:
У односпрямованих [[інтерфейс]]ах зовнішні пристрої можуть або приймати сигнали від мозку, або посилати йому сигнали (наприклад, імітуючи сітківку ока при відновленні зору електронним [[імплантати|імплантатом]]). Двонаправлені [[інтерфейс]]и дозволяють мозку і зовнішнім пристроям обмінюватися інформацією в обох напрямках. В основі нейро-комп'ютерного інтерфейсу часто використовується метод біологічного зворотного зв'язку.
У односпрямованих [[інтерфейс]]ах зовнішні пристрої можуть або приймати сигнали від мозку, або посилати йому сигнали (наприклад, імітуючи сітківку ока при відновленні зору електронним [[імплантати|імплантатом]]). Двонаправлені [[інтерфейс]]и дозволяють мозку і зовнішнім пристроям обмінюватися інформацією в обох напрямках. В основі нейро-комп'ютерного інтерфейсу часто використовується метод біологічного зворотного зв'язку.
[[Файл:Brain BCI.jpg|альт=Демонстрація технології «Інтерфейс мозок-комп’ютер». Управління пластиковою рукою за допомогою думки. Кадр знятий на зйомках фільму «Мозок: Другий Всесвіт».|міні|Демонстрація технології. Управління пластиковою рукою за допомогою думки. Кадр знятий на зйомках фільму «Мозок: Другий Всесвіт».]]
[[Файл:Brain BCI.jpg|альт=Демонстрація технології «Інтерфейс мозок-комп’ютер». Управління пластиковою рукою за допомогою думки. Кадр знятий на зйомках фільму «Мозок: Другий Всесвіт».|міні|Демонстрація технології. Управління пластиковою рукою за допомогою думки. Кадр знятий на зйомках фільму «Мозок: Другий Всесвіт».]]
Нейро-комп'ютерні інтерфейси часто спрямовані на дослідження, картографування, асистування, посилення або відновлення когнітивних або сенсорно-моторних функцій людини<ref>{{Cite web|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5186786/|title=Enhancing Nervous System Recovery through Neurobiologics, Neural Interface Training, and Neurorehabilitation|last=Krucoff, M. O., Rahimpour, S., Slutzky, M. W., Edgerton, V. R., & Turner, D. A.|date=27 грудня 2016|website=https://doi.org/10.3389/fnins.2016.00584|publisher=Frontiers in neuroscience, 10, 584|language=eng}}</ref>. Впровадження BCI варіюються від неінвазивних ([[Електроенцефалограма|ЕЕГ]], [[Магнітоенцефалографія|МЕГ]], [[Позитрон-емісійна томографія|ПЕТ]], [[Магнітно-резонансна томографія|МРТ]]) і частково інвазивних (електрокортикографія та ендоваскулярні) до інвазивних (матриця мікроелектродів), залежно від того, наскільки близько електроди підходять до тканин мозку.<ref>{{Cite news|title=Sensor Modalities for Brain-Computer Interface Technology: A Comprehensive Literature Review|url=https://journals.lww.com/neurosurgery/Abstract/2020/02000/Sensor_Modalities_for_Brain_Computer_Interface.22.aspx|work=Neurosurgery|date=2020-02|accessdate=2023-02-07|issn=0148-396X|doi=10.1093/neuros/nyz286|pages=E108|volume=86|issue=2|language=en-US|first=Michael L.|last=Martini|first2=Eric Karl|last2=Oermann|first3=Nicholas L.|last3=Opie|first4=Fedor|last4=Panov|first5=Thomas|last5=Oxley|first6=Kurt|last6=Yaeger}}</ref>
Нейро-комп'ютерні інтерфейси часто спрямовані на дослідження, картографування, асистування, посилення або відновлення когнітивних або сенсорно-моторних функцій людини<ref>{{Cite web|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5186786/|title=Enhancing Nervous System Recovery through Neurobiologics, Neural Interface Training, and Neurorehabilitation|last=Krucoff, M. O., Rahimpour, S., Slutzky, M. W., Edgerton, V. R., & Turner, D. A.|date=27 грудня 2016|website=https://doi.org/10.3389/fnins.2016.00584|publisher=Frontiers in neuroscience, 10, 584|language=eng}}</ref>. Впровадження НКІ варіюються від неінвазивних ([[Електроенцефалограма|ЕЕГ]], [[Магнітоенцефалографія|МЕГ]], [[Позитрон-емісійна томографія|ПЕТ]], [[Магнітно-резонансна томографія|МРТ]]) і частково інвазивних (електрокортикографія та ендоваскулярні) до інвазивних (матриця мікроелектродів), залежно від того, наскільки близько електроди підходять до тканин мозку.<ref>{{Cite news|title=Sensor Modalities for Brain-Computer Interface Technology: A Comprehensive Literature Review|url=https://journals.lww.com/neurosurgery/Abstract/2020/02000/Sensor_Modalities_for_Brain_Computer_Interface.22.aspx|work=Neurosurgery|date=2020-02|accessdate=2023-02-07|issn=0148-396X|doi=10.1093/neuros/nyz286|pages=E108|volume=86|issue=2|language=en-US|first=Michael L.|last=Martini|first2=Eric Karl|last2=Oermann|first3=Nicholas L.|last3=Opie|first4=Fedor|last4=Panov|first5=Thomas|last5=Oxley|first6=Kurt|last6=Yaeger}}</ref>


== Історія ==
== Історія ==
Рядок 36: Рядок 36:


* Дослідники нейронауки з Каліфорнійського університету в Сан-Франциско лікували пацієнта з інсультом за допомогою 128-електродного імплантату мозку, який називають «субдуральною електродною матрицею» (наданий Blackrock Neurotech). Протягом 81-тижневого періоду, використовуючи лише свої думки (його мозкові хвилі, зчитані штучним інтелектом), він міг писати повідомлення, зокрема «Я відчуваю голод» і «Будь ласка, принесіть мої окуляри».
* Дослідники нейронауки з Каліфорнійського університету в Сан-Франциско лікували пацієнта з інсультом за допомогою 128-електродного імплантату мозку, який називають «субдуральною електродною матрицею» (наданий Blackrock Neurotech). Протягом 81-тижневого періоду, використовуючи лише свої думки (його мозкові хвилі, зчитані штучним інтелектом), він міг писати повідомлення, зокрема «Я відчуваю голод» і «Будь ласка, принесіть мої окуляри».
* Пацієнт, який страждає на пізню стадію бічного аміотрофічного склерозу (БАС), виснажливої ​​хвороби, яка впливає на рухову активність, нещодавно продемонстрував, що він може обмінюватися текстовими повідомленнями з іншими людьми, використовуючи лише свої думки , що підтримується програмним забезпеченням, яке інтегрує його iPhone і його імплантований BCI.
* Пацієнт, який страждає на пізню стадію бічного аміотрофічного склерозу (БАС), виснажливої ​​хвороби, яка впливає на рухову активність, нещодавно продемонстрував, що він може обмінюватися текстовими повідомленнями з іншими людьми, використовуючи лише свої думки , що підтримується програмним забезпеченням, яке інтегрує його iPhone і його імплантований НКІ.


=== Компанії які розробляють НКІ ===
=== Компанії які розробляють НКІ ===


==== Blackrock Neurotech ====
==== Blackrock Neurotech ====
Blackrock Neurotech, заснована в 2008 році, є провідною у світі платформою для технології НКІ, яка займає передові позиції в реалізації BCI у людей. Blackrock є єдиною компанією у світі, яка має імплантований проникаючий масив із майже 100 електродами на пристрій, який уже дозволено [[FDA]] та використовується на людях. Деякі пацієнти навіть використовують кілька пристроїв.
Blackrock Neurotech, заснована в 2008 році, є провідною у світі платформою для технології НКІ, яка займає передові позиції в реалізації НКІ у людей. Blackrock є єдиною компанією у світі, яка має імплантований проникаючий масив із майже 100 електродами на пристрій, який уже дозволено [[FDA]] та використовується на людях. Деякі пацієнти навіть використовують кілька пристроїв.


На сьогоднішній день в усьому світі є 36 пацієнтів, які живуть з НКІ в голові, і 32 з них використовують технологію Blackrock.
На сьогоднішній день в усьому світі є 36 пацієнтів, які живуть з НКІ в голові, і 32 з них використовують технологію Blackrock.
Рядок 51: Рядок 51:
У листопаді 2022 року Blackrock представила свій новий НКІ наступного покоління під назвою Neuralace.
У листопаді 2022 року Blackrock представила свій новий НКІ наступного покоління під назвою Neuralace.


Відновлення пам’яті та зору, а також лікування розладів психічного здоров’я, таких як депресія, потребують НКІ, які можуть взаємодіяти з більшою кількістю нейронів, і це те, що новий BCI від Blackrock призначений для вирішення.
Відновлення пам’яті та зору, а також лікування розладів психічного здоров’я, таких як депресія, потребують НКІ, які можуть взаємодіяти з більшою кількістю нейронів, і це те, що новий НКІ від Blackrock призначений для вирішення.


Neuralace має понад 10 000 каналів, усі вони розташовані на гнучкому мереживному чіпі, тоншому за вію.
Neuralace має понад 10 000 каналів, усі вони розташовані на гнучкому мереживному чіпі, тоншому за вію.
Рядок 93: Рядок 93:


Прогрес в [[Інженерія нервової тканини|інженерії нервової тканини]] також дозволить відновлювати та покращувати функції мозку.
Прогрес в [[Інженерія нервової тканини|інженерії нервової тканини]] також дозволить відновлювати та покращувати функції мозку.

== НКІ у реабілітаційній медицині ==
Нейрокомп'ютерні інтерфейси — це системи, які забезпечують прямий шлях зв’язку між мозком і зовнішнім пристроєм. В останні роки НКІ стали перспективним інструментом у сфері [[Медична реабілітація|реабілітаційної медицини]].<ref>{{Cite news|title=Challenges and Opportunities for the Future of Brain-Computer Interface in Neurorehabilitation|url=https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnins.2021.699428|work=Frontiers in Neuroscience|date=2021|accessdate=2023-05-05|issn=1662-453X|pmc=PMC8282929|pmid=34276299|doi=10.3389/fnins.2021.699428|volume=15|first=Colin|last=Simon|first2=David A. E.|last2=Bolton|first3=Niamh C.|last3=Kennedy|first4=Surjo R.|last4=Soekadar|first5=Kathy L.|last5=Ruddy}}</ref><ref>{{Cite news|title=Brain-computer interfaces for post-stroke motor rehabilitation: a meta-analysis|url=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/acn3.544|work=Annals of Clinical and Translational Neurology|date=2018-05|accessdate=2023-05-05|pmc=PMC5945970|pmid=29761128|doi=10.1002/acn3.544|pages=651–663|volume=5|issue=5|language=en|first=María A.|last=Cervera|first2=Surjo R.|last2=Soekadar|first3=Junichi|last3=Ushiba|first4=José del R.|last4=Millán|first5=Meigen|last5=Liu|first6=Niels|last6=Birbaumer|first7=Gangadhar|last7=Garipelli}}</ref><ref>{{Cite news|title=BCI for stroke rehabilitation: motor and beyond|url=https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-2552/aba162|work=Journal of Neural Engineering|date=2020-08-01|accessdate=2023-05-05|issn=1741-2560|doi=10.1088/1741-2552/aba162|pages=041001|volume=17|issue=4|first=Ravikiran|last=Mane|first2=Tushar|last2=Chouhan|first3=Cuntai|last3=Guan}}</ref><ref>{{Cite news|title=Brain Computer Interface Treatment for Motor Rehabilitation of Upper Extremity of Stroke Patients—A Feasibility Study|url=https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnins.2020.591435|work=Frontiers in Neuroscience|date=2020|accessdate=2023-05-05|issn=1662-453X|pmc=PMC7640937|pmid=33192277|doi=10.3389/fnins.2020.591435|volume=14|first=Marc|last=Sebastián-Romagosa|first2=Woosang|last2=Cho|first3=Rupert|last3=Ortner|first4=Nensi|last4=Murovec|first5=Tim|last5=Von Oertzen|first6=Kyousuke|last6=Kamada|first7=Brendan Z.|last7=Allison|first8=Christoph|last8=Guger}}</ref><ref>{{Cite news|title=Brain–computer interface robotics for hand rehabilitation after stroke: a systematic review|url=https://doi.org/10.1186/s12984-021-00820-8|work=Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation|date=2021-01-23|accessdate=2023-05-05|issn=1743-0003|pmc=PMC7825186|pmid=33485365|doi=10.1186/s12984-021-00820-8|pages=15|volume=18|issue=1|first=Paul Dominick E.|last=Baniqued|first2=Emily C.|last2=Stanyer|first3=Muhammad|last3=Awais|first4=Ali|last4=Alazmani|first5=Andrew E.|last5=Jackson|first6=Mark A.|last6=Mon-Williams|first7=Faisal|last7=Mushtaq|first8=Raymond J.|last8=Holt}}</ref>.

=== Моторна реабілітація ===
Моторна (рухова) реабілітація спрямована на відновлення або покращення рухової функції в осіб із фізичними вадами, спричиненими неврологічними розладами, такими як інсульт, травма спинного мозку та черепно-мозкова травма. НКІ використовувалися для полегшення рухового відновлення за допомогою нервового зворотного зв’язку, функціональної електричної стимуляції (FES) і роботизованої терапії.

==== Нейрофідбек ====
Нейрофідбек передбачає моніторинг активності мозку в реальному часі для забезпечення зворотного зв’язку, який може допомогти пацієнтам навчитися регулювати свою нейронну активність. НКІ можуть бути використані для забезпечення такого зворотного зв’язку та продемонстрували потенціал у покращенні рухової функції у пацієнтів з інсультом.<ref name=":1">{{Cite news|title=BCI-FES With Multimodal Feedback for Motor Recovery Poststroke|url=https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnhum.2022.725715|work=Frontiers in Human Neuroscience|date=2022|accessdate=2023-05-05|issn=1662-5161|pmc=PMC9296822|pmid=35874158|doi=10.3389/fnhum.2022.725715|volume=16|first=Alexander B.|last=Remsik|first2=Peter L. E.|last2=van Kan|first3=Shawna|last3=Gloe|first4=Klevest|last4=Gjini|first5=Leroy|last5=Williams|first6=Veena|last6=Nair|first7=Kristin|last7=Caldera|first8=Justin C.|last8=Williams|first9=Vivek|last9=Prabhakaran}}</ref><ref>{{Cite news|title=Rehabilitation of gait after stroke: a review towards a top-down approach|url=https://doi.org/10.1186/1743-0003-8-66|work=Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation|date=2011-12-13|accessdate=2023-05-05|issn=1743-0003|pmc=PMC3261106|pmid=22165907|doi=10.1186/1743-0003-8-66|pages=66|volume=8|issue=1|first=Juan-Manuel|last=Belda-Lois|first2=Silvia|last2=Mena-del Horno|first3=Ignacio|last3=Bermejo-Bosch|first4=Juan C.|last4=Moreno|first5=José L.|last5=Pons|first6=Dario|last6=Farina|first7=Marco|last7=Iosa|first8=Marco|last8=Molinari|first9=Federica|last9=Tamburella}}</ref><ref>{{Cite news|title=Brain-machine interface in chronic stroke rehabilitation: A controlled study: BMI in Chronic Stroke|url=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ana.23879|work=Annals of Neurology|date=2013-07|accessdate=2023-05-05|pmc=PMC3700597|pmid=23494615|doi=10.1002/ana.23879|pages=100–108|volume=74|issue=1|language=en|first=Ander|last=Ramos-Murguialday|first2=Doris|last2=Broetz|first3=Massimiliano|last3=Rea|first4=Leonhard|last4=Läer|first5=Özge|last5=Yilmaz|first6=Fabricio L.|last6=Brasil|first7=Giulia|last7=Liberati|first8=Marco R.|last8=Curado|first9=Eliana|last9=Garcia-Cossio}}</ref>

==== Функціональна електростимуляція ====
Функціональна електростимуляція (ФЕС) включає застосування електричних струмів для стимуляції м’язів або нервів, що дозволяє рухатися особам з руховими порушеннями. НКІ можна використовувати для контролю систем ФЕС, дозволяючи пацієнтам ініціювати рух за допомогою сигналів свого мозку.<ref name=":1" /><ref>{{Cite news|title=EEG-based neuroprosthesis control: A step towards clinical practice|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304394005003009|work=Neuroscience Letters|date=2005-07-01|accessdate=2023-05-05|issn=0304-3940|doi=10.1016/j.neulet.2005.03.021|pages=169–174|volume=382|issue=1|language=en|first=Gernot R.|last=Müller-Putz|first2=Reinhold|last2=Scherer|first3=Gert|last3=Pfurtscheller|first4=Rüdiger|last4=Rupp}}</ref><ref>{{Cite news|title=‘Thought’ – control of functional electrical stimulation to restore hand grasp in a patient with tetraplegia|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304394003009479|work=Neuroscience Letters|date=2003-11-06|accessdate=2023-05-05|issn=0304-3940|doi=10.1016/S0304-3940(03)00947-9|pages=33–36|volume=351|issue=1|language=en|first=Gert|last=Pfurtscheller|first2=Gernot R|last2=Müller|first3=Jörg|last3=Pfurtscheller|first4=Hans Jürgen|last4=Gerner|first5=Rüdiger|last5=Rupp}}</ref>

==== Робототехнічна терапія ====
У [[Робототехніка|роботизованій]] реабілітації пацієнти взаємодіють із роботизованими пристроями, які забезпечують підтримку та допомогу під час рухових актів. НКІ можна інтегрувати з цими пристроями, щоб забезпечити контрольований мозком рух, що може покращити рухове навчання та відновлення, чи компенсувати функції.<ref>{{Cite news|title=Real-time brain-machine interface in non-human primates achieves high-velocity prosthetic finger movements using a shallow feedforward neural network decoder|url=https://www.nature.com/articles/s41467-022-34452-w|work=Nature Communications|date=2022-11-12|accessdate=2023-05-05|issn=2041-1723|doi=10.1038/s41467-022-34452-w|pages=6899|volume=13|issue=1|language=en|first=Matthew S.|last=Willsey|first2=Samuel R.|last2=Nason-Tomaszewski|first3=Scott R.|last3=Ensel|first4=Hisham|last4=Temmar|first5=Matthew J.|last5=Mender|first6=Joseph T.|last6=Costello|first7=Parag G.|last7=Patil|first8=Cynthia A.|last8=Chestek}}</ref><ref>{{Cite news|title=An Approach for Brain-Controlled Prostheses Based on a Facial Expression Paradigm|url=https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnins.2018.00943|work=Frontiers in Neuroscience|date=2018|accessdate=2023-05-05|issn=1662-453X|pmc=PMC6305548|pmid=30618572|doi=10.3389/fnins.2018.00943|volume=12|first=Rui|last=Li|first2=Xiaodong|last2=Zhang|first3=Zhufeng|last3=Lu|first4=Chang|last4=Liu|first5=Hanzhe|last5=Li|first6=Weihua|last6=Sheng|first7=Randolph|last7=Odekhe}}</ref><ref>{{Cite news|title=Noninvasive Electroencephalogram Based Control of a Robotic Arm for Reach and Grasp Tasks|url=https://www.nature.com/articles/srep38565|work=Scientific Reports|date=2016-12-14|accessdate=2023-05-05|issn=2045-2322|doi=10.1038/srep38565|pages=38565|volume=6|issue=1|language=en|first=Jianjun|last=Meng|first2=Shuying|last2=Zhang|first3=Angeliki|last3=Bekyo|first4=Jaron|last4=Olsoe|first5=Bryan|last5=Baxter|first6=Bin|last6=He}}</ref><ref>{{Cite news|title=A Randomized Controlled Trial of EEG-Based Motor Imagery Brain-Computer Interface Robotic Rehabilitation for Stroke|url=http://journals.sagepub.com/doi/10.1177/1550059414522229|work=Clinical EEG and Neuroscience|date=2015-10|accessdate=2023-05-05|issn=1550-0594|doi=10.1177/1550059414522229|pages=310–320|volume=46|issue=4|language=en|first=Kai Keng|last=Ang|first2=Karen Sui Geok|last2=Chua|first3=Kok Soon|last3=Phua|first4=Chuanchu|last4=Wang|first5=Zheng Yang|last5=Chin|first6=Christopher Wee Keong|last6=Kuah|first7=Wilson|last7=Low|first8=Cuntai|last8=Guan}}</ref><ref>{{Cite news|title=Feasibility of a New Application of Noninvasive Brain Computer Interface (BCI): A Case Study of Training for Recovery of Volitional Motor Control After Stroke|url=https://journals.lww.com/jnpt/Fulltext/2009/12000/Feasibility_of_a_New_Application_of_Noninvasive.7.aspx|work=Journal of Neurologic Physical Therapy|date=2009-12|accessdate=2023-05-05|issn=1557-0576|doi=10.1097/NPT.0b013e3181c1fc0b|pages=203|volume=33|issue=4|language=en-US|first=Janis J.|last=Daly|first2=Roger|last2=Cheng|first3=Jean|last3=Rogers|first4=Krisanne|last4=Litinas|first5=Kenneth|last5=Hrovat|first6=Mark|last6=Dohring}}</ref>

=== Когнітивна реабілітація ===
Когнітивна реабілітація зосереджена на відновленні або покращенні [[Когнітивні функції мозку|когнітивних функцій]] в осіб з когнітивними порушеннями, спричиненими неврологічними розладами, такими як черепно-мозкова травма чи [[деменція]]. НКІ використовувалися для сприяння когнітивному тренуванню за допомогою нервового зворотного зв’язку та тренування [[Пам'ять|пам’яті]] та [[Увага|уваги]].

==== Нейрофідбек ====
Подібно до моторної реабілітації, нейрофідбек можна використовувати для покращення когнітивних функцій шляхом надання зворотного зв’язку щодо активності мозку в реальному часі. НКІ використовувалися, щоб допомогти пацієнтам регулювати свою нейронну активність, що може призвести до покращення когнітивних функцій.<ref>{{Cite news|title=The Do's and Don'ts of Neurofeedback Training: A Review of the Controlled Studies Using Healthy Adults|url=https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnhum.2016.00301|work=Frontiers in Human Neuroscience|date=2016|accessdate=2023-05-05|issn=1662-5161|pmc=PMC4911408|pmid=27378892|doi=10.3389/fnhum.2016.00301|volume=10|first=Jacek|last=Rogala|first2=Katarzyna|last2=Jurewicz|first3=Katarzyna|last3=Paluch|first4=Ewa|last4=Kublik|first5=Ryszard|last5=Cetnarski|first6=Andrzej|last6=Wróbel}}</ref><ref>{{Cite news|title=EEG-neurofeedback for optimising performance. I: A review of cognitive and affective outcome in healthy participants|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0149763413002248|work=Neuroscience & Biobehavioral Reviews|date=2014-07-01|accessdate=2023-05-05|issn=0149-7634|doi=10.1016/j.neubiorev.2013.09.015|pages=124–141|volume=44|language=en|first=John H.|last=Gruzelier}}</ref><ref>{{Cite news|title=Closed-loop brain training: the science of neurofeedback|url=https://www.nature.com/articles/nrn.2016.164|work=Nature Reviews Neuroscience|date=2017-02|accessdate=2023-05-05|issn=1471-0048|doi=10.1038/nrn.2016.164|pages=86–100|volume=18|issue=2|language=en|first=Ranganatha|last=Sitaram|first2=Tomas|last2=Ros|first3=Luke|last3=Stoeckel|first4=Sven|last4=Haller|first5=Frank|last5=Scharnowski|first6=Jarrod|last6=Lewis-Peacock|first7=Nikolaus|last7=Weiskopf|first8=Maria Laura|last8=Blefari|first9=Mohit|last9=Rana}}</ref>

==== Тренування пам'яті та уваги ====
НКІ можна використовувати для забезпечення зворотного зв’язку щодо завдань пам’яті та уваги, потенційно покращуючи когнітивне [[навчання]]. Включаючи НКІ в програми когнітивного навчання, дослідники прагнуть розробити більш ефективні заходи для людей з когнітивними порушеннями.<ref>{{Cite news|title=Home-based brain–computer interface attention training program for attention deficit hyperactivity disorder: a feasibility trial|url=https://doi.org/10.1186/s13034-022-00539-x|work=Child and Adolescent Psychiatry and Mental Health|date=2023-01-25|accessdate=2023-05-05|issn=1753-2000|pmc=PMC9878772|pmid=36698168|doi=10.1186/s13034-022-00539-x|pages=15|volume=17|issue=1|first=Choon Guan|last=Lim|first2=Chui Pin|last2=Soh|first3=Shernice Shi Yun|last3=Lim|first4=Daniel Shuen Sheng|last4=Fung|first5=Cuntai|last5=Guan|first6=Tih-Shih|last6=Lee}}</ref><ref>{{Cite news|title=Virtual reality in neurologic rehabilitation of spatial disorientation|url=https://doi.org/10.1186/1743-0003-10-17|work=Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation|date=2013-02-08|accessdate=2023-05-05|issn=1743-0003|pmc=PMC3583670|pmid=23394289|doi=10.1186/1743-0003-10-17|pages=17|volume=10|issue=1|first=Silvia Erika|last=Kober|first2=Guilherme|last2=Wood|first3=Daniela|last3=Hofer|first4=Walter|last4=Kreuzig|first5=Manfred|last5=Kiefer|first6=Christa|last6=Neuper}}</ref><ref>{{Cite news|title=Closed-loop training of attention with real-time brain imaging|url=https://www.nature.com/articles/nn.3940|work=Nature Neuroscience|date=2015-03|accessdate=2023-05-05|issn=1546-1726|pmc=PMC4503600|pmid=25664913|doi=10.1038/nn.3940|pages=470–475|volume=18|issue=3|language=en|first=Megan T.|last=deBettencourt|first2=Jonathan D.|last2=Cohen|first3=Ray F.|last3=Lee|first4=Kenneth A.|last4=Norman|first5=Nicholas B.|last5=Turk-Browne}}</ref>

=== Виклики та майбутні напрямки ===
Хоча НКІ обіцяють покращити результати реабілітації, залишається кілька проблем. Вони включають потребу в покращених методах обробки сигналів, зручному апаратному забезпеченні та індивідуальних протоколах навчання. Крім того, необхідно розглянути етичні міркування, такі як можливість вторгнення в приватне життя та наслідки неналежного використання нейронних даних.

Оскільки галузь НКІ в реабілітаційній медицині продовжує розвиватися, дуже важливо, щоб дослідники та клініцисти співпрацювали для розробки безпечних та ефективних втручань, які можна втілити в клінічну практику.


== НКІ і нейропротезування ==
== НКІ і нейропротезування ==
[[Нейропротезування]]&nbsp;— область [[Нейроінженерія|нейроінженерії]] та неврології, що займається створенням і імплантацією штучних пристроїв для відновлення порушених функцій нервової системи або сенсорних органів (нейропротезів чи нейроімплантів). Прикладом нейропротезування є [[Кохлеарний імплантант|кохлеарний нейроімплант]]. Існує також нейропротез для відновлення зору, наприклад, імплантати сітківки.
[[Нейропротезування]]&nbsp;— область [[Нейроінженерія|нейроінженерії]] та неврології, що займається створенням і імплантацією штучних пристроїв для відновлення порушених функцій нервової системи або сенсорних органів (нейропротезів чи нейроімплантів). Прикладом нейропротезування є кохлеарний нейроімплант. Існує також нейропротез для відновлення зору, наприклад, імплантати сітківки.


Основна відмінність НКІ від нейропротезування полягає в особливостях їх застосування: нейропротез найчастіше «підключають» до нервової системи, в той час як НКІ зазвичай з'єднує [[мозок]] (або [[Нервова система|нервову систему]]) з комп'ютерною системою. На практиці нейропротез може бути приєднаний до будь-якої частини нервової системи, наприклад, до периферійних нервів, в той час як НКІ являє собою більш вузький клас систем, що взаємодіють з центральною нервовою системою.
Основна відмінність НКІ від нейропротезування полягає в особливостях їх застосування: нейропротез найчастіше «підключають» до нервової системи, в той час як НКІ зазвичай з'єднує [[мозок]] (або [[Нервова система|нервову систему]]) з комп'ютерною системою. На практиці нейропротез може бути приєднаний до будь-якої частини нервової системи, наприклад, до периферійних нервів, в той час як НКІ являє собою більш вузький клас систем, що взаємодіють з центральною нервовою системою.
Рядок 106: Рядок 135:
== Див. також ==
== Див. також ==
* [[Нейроінженерія]]
* [[Нейроінженерія]]
* [[Медична реабілітація]]
⚫
* [[Посилення інтелекту]]
* [[Штучний інтелект]]
* [[Штучний інтелект]]
* [[Сильний штучний інтелект]]
* [[Сильний штучний інтелект]]
* [[Технологічна сингулярність]]
* [[Технологічна сингулярність]]
* [[Біохакінг]]
* [[Віртуальна реальність]]
* [[Віртуальна реальність]]
⚫
* [[Історія штучного інтелекту]]
* [[Телеприсутність]]
* [[Телеприсутність]]
* [[Штучний інтелект: сучасний підхід]]
* [[BrainGate]]
* [[BrainGate]]


Рядок 120: Рядок 148:
=== Книги ===
=== Книги ===


* [https://www.frontiersin.org/research-topics/29617/brain-computer-interface-and-its-applications ''Brain-Computer Interface and Its Applications''.] / Chen, Duo; Liu, Ke; Guo, Jiayang; Bi, Luzheng; Xiang, Jing (2023). Frontiers Research Topics. Frontier Media SA. [[ISBN]]&nbsp;[[Спеціальна:Джерела книг/978-2-8325-1628-7|978-2-8325-1628-7]].
* [https://www.frontiersin.org/research-topics/29617/brain-computer-interface-and-its-applications ''Brain-Computer Interface and Its Applications''.] / Chen Duo; Liu Ke; Guo Jiayang; Bi Luzheng; Xiang Jing (2023). Frontiers Research Topics. Frontier Media SA. [[ISBN]]&nbsp;[[Спеціальна:Джерела книг/978-2-8325-1628-7|978-2-8325-1628-7]].
* [https://www.frontiersin.org/research-topics/28175/translational-brain-computer-interfaces-from-research-labs-to-the-market-and-back ''Translational brain-computer interfaces: From research labs to the market and back''.] / Valeriani, Davide; Cecotti, Hubert; Thelen, Antonia та ін., (2023). Frontiers Research Topics. Frontiers Media SA. [[ISBN]]&nbsp;[[Спеціальна:Джерела книг/978-2-8325-1764-2|978-2-8325-1764-2]].
* [https://www.frontiersin.org/research-topics/28175/translational-brain-computer-interfaces-from-research-labs-to-the-market-and-back ''Translational brain-computer interfaces: From research labs to the market and back''] / Valeriani, Davide; Cecotti, Hubert; Thelen, Antonia та ін., (2023). Frontiers Research Topics. Frontiers Media SA. [[ISBN]]&nbsp;[[Спеціальна:Джерела книг/978-2-8325-1764-2|978-2-8325-1764-2]].
* ''[https://www.frontiersin.org/research-topics/28175/translational-brain-computer-interfaces-from-research-labs-to-the-market-and-back#articles Translational Brain-Computer Interfaces: from Research Labs to the Market and back].'' 2022-2023+ (pdf, epub, відкритий доступ). Frontiers in Neuroscience.
* ''[https://www.frontiersin.org/research-topics/20266/human-machine-interface-based-neuromodulation-solutions-for-neurorehabilitation Human Machine Interface-based Neuromodulation Solutions for Neurorehabilitation].'' 2021-2022. (pdf, epub, відкритий доступ). Frontiers in Neuroscience.


=== Журнали ===
=== Журнали ===
Рядок 129: Рядок 159:
* [https://www.sciencedirect.com/journal/international-journal-of-human-computer-studies International Journal of Human-Computer Studies]
* [https://www.sciencedirect.com/journal/international-journal-of-human-computer-studies International Journal of Human-Computer Studies]
* [https://www.tandfonline.com/loi/hihc20 International Journal of Human-Computer Interaction]
* [https://www.tandfonline.com/loi/hihc20 International Journal of Human-Computer Interaction]
* [https://ieeexplore.ieee.org/xpl/RecentIssue.jsp?punumber=7333 IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering]
* [https://jneuroengrehab.biomedcentral.com/ Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation]


== Примітки ==
== Примітки ==
Рядок 140: Рядок 172:
* [http://www.nkj.ru/archive/articles/472/ Берлінський нейрокомпьютерний інтерфейс]
* [http://www.nkj.ru/archive/articles/472/ Берлінський нейрокомпьютерний інтерфейс]
* [http://www.youtube.com/watch?v=yhR076duc8M&feature=related Набір тексту за допомогою нейрокомпьютерного інтерфейсу] (відео)
* [http://www.youtube.com/watch?v=yhR076duc8M&feature=related Набір тексту за допомогою нейрокомпьютерного інтерфейсу] (відео)
* [https://web.archive.org/web/20130516125647/http://bciukraine.com/ Науково-технічна організація КПІ BCIUkraine]
* [https://web.archive.org/web/20130516125647/http://bciukraine.com/ Науково-технічна організація КПІ НКІUkraine]


{{Перспективні технології|інфоком=так|нейро=так|питання=так}}
{{Перспективні технології|інфоком=так|нейро=так|питання=так}}

Версія за 10:52, 5 травня 2023

Нейро-комп'ютерний інтерфейс (НКІ) (нейронний інтерфейс, мозковий інтерфейс) — система, створена для обміну інформацією між мозком і електронним пристроєм (наприклад, комп'ютером).

У односпрямованих інтерфейсах зовнішні пристрої можуть або приймати сигнали від мозку, або посилати йому сигнали (наприклад, імітуючи сітківку ока при відновленні зору електронним імплантатом). Двонаправлені інтерфейси дозволяють мозку і зовнішнім пристроям обмінюватися інформацією в обох напрямках. В основі нейро-комп'ютерного інтерфейсу часто використовується метод біологічного зворотного зв'язку.

Демонстрація технології «Інтерфейс мозок-комп’ютер». Управління пластиковою рукою за допомогою думки. Кадр знятий на зйомках фільму «Мозок: Другий Всесвіт».
Демонстрація технології. Управління пластиковою рукою за допомогою думки. Кадр знятий на зйомках фільму «Мозок: Другий Всесвіт».

Нейро-комп'ютерні інтерфейси часто спрямовані на дослідження, картографування, асистування, посилення або відновлення когнітивних або сенсорно-моторних функцій людини[1]. Впровадження НКІ варіюються від неінвазивних (ЕЕГ, МЕГ, ПЕТ, МРТ) і частково інвазивних (електрокортикографія та ендоваскулярні) до інвазивних (матриця мікроелектродів), залежно від того, наскільки близько електроди підходять до тканин мозку.[2]

Історія

Вивчення підстав, на яких базується нейро-комп'ютерний інтерфейс, сягає корінням у вчення І. П. Павлова про умовні рефлекси і регулюючої ролі кори мозку. Розвиваючи ці ідеї, П. К. Анохін з 1935 року показав, що принципу зворотного зв'язку належить вирішальна роль в регулюванні як вищих пристосувальних реакцій людини, так і його внутрішнього середовища. У результаті була розроблена теорія функціональних систем, потенціал використання якої в нейро-комп'ютерних інтерфейсах далеко не вичерпаний.

Пол Бах-і-Ріта показав в середині 1960-х, що різні ділянки нашого мозку можуть реорганізовуватись для компенсації різних сенсорних областей, пошкоджених інсультом, фактично довевши практичну нейропластичність в реабілітації.[3] Він створив прилади, які дозвляли сліпим людям "бачити" спиною, а паціентам з пошкодженим вестибулярним апаратом утримувати рівновагу.[4]

Великий внесок внесли роботи Н. П. Бехтеревої з 1968 по 2008 рр. по розшифровці мозкових кодів психічної діяльності, що продовжуються до теперішнього часу її послідовниками, в тому числі, з позицій нейрокібернетики і офтальмонейрокібернетики. Дослідження нейро-комп'ютерного інтерфейсу почалися в 1970-х роках в Каліфорнійському університеті в Лос-Анджелесі (UCLA). Після багаторічних експериментів на тваринах у середині дев'яностих років в організм людини були імплантовані перші пристрої, здатні передавати біологічну інформацію від тіла до комп'ютера. За допомогою цих пристроїв вдалося відновити пошкоджені функції слуху, зору, а також втрачені рухові навички. В основі успішної роботи НКІ лежить здатність кори великих півкуль до адаптації (властивість пластичності), завдяки якому імплантований пристрій може слугувати джерелом біологічної інформації.

Дослідження, в результаті яких були розроблені алгоритми для реконструкції рухів із сигналів нейронів моторної зони кори головного мозку, які контролюють рухові функції, датуються 1970-ми роками. Дослідницькі групи, що очолювалися Шмідтом, Фетзом і Бейкером в 1970-х встановили, що мавпи можуть швидко навчатися вибірково контролювати швидкість реакції, використовуючи замкнене позицінування операцій, навчальний метод покарання і нагород.

В 1980-х Апостолос Георгопоулос з Університету Хопкінса виявив математичну залежність між електричними відповідями окремих нейронів кори головного мозку макаки і напрямком, в якому тварини рухали свої кінцівки. Він також виявив, що різні групи нейронів у різних областях головного мозку спільно контролювали рухові команди, але були здатні реєструвати електричні сигнали від збуджених нейронів тільки в одній області одночасно. Причиною того є технічно обмежене обладнання дослідника.

З середини 1990-х років почався швидкий розвиток НКІ. Кільком групам вчених вдалося зафіксувати сигнали рухового центру мозку, використовуючи записи сигналів від груп нейронів, а також використовувати ці сигнали для управління зовнішніми пристроями. Серед них можна назвати групи, що очолювалися Річардом Андерсеном, Джоном Донахью, Філіпом Кеннеді, Мігелем Ніколеліс, Ендрю Шварцом.

На думку Ілона Маска, тісна взаємодія зі своїми смартфонами вже перетворила нас на кіборгів. Та ми не такі розумні, якими можемо бути, бо інформація від гаджета до нашого мозку доходить надто повільно. На думку Маска, об'єднати людей зі штучним інтелектом, — це найкращий варіант боротьби з останнім: «Злиття зі ШІ — це ідеальний сценарій, бо, як-то кажуть, приєднуйся, якщо не можеш перемогти.»[5]

Перший в історії НКІ був створений Філіпом Кеннеді і його колегами з використанням електродів, імплантованих в кору головного мозку мавп. У 1999 році дослідники під керівництвом Яна Дена з Університету Каліфорнії розшифрували сигнали нейронів зорової системи кішки і використовували ці дані для відтворення зображень, що сприймалися піддослідними тваринами. У цих експериментах були використані електроди, вживлені в таламус (структура середнього мозку. За їх допомогою було досліджено 177 клітин в латеральному колінчастому тілі в таламусі і розшифровані сигнали, що приходять від сітківки. Кішкам демонстрували вісім коротких фільмів, протягом яких проводили запис активності нейронів. Використовуючи математичні фільтри, дослідники розшифрували сигнали для відтворення образів, які бачили кішки і були здатні відтворити впізнавані сцени і об'єкти, що рухаються. Схожі результати на людині були отримані дослідниками з Японії.

Для підвищення ефективності управління НКІ Мігель Ніколесіс запропонував реєструвати електричну активність одночасно за допомогою декількох електродів, імплантованих в віддалені області головного мозку. Під час перших досліджень на щурах, які в дев'яностих роках проводили Ніколеліс і його колеги, почалися аналогічні експерименти на мавпах. В результаті був створений НКІ, за допомогою якого сигнали нервових клітин мавп були розшифровані і використані для управління рухами робота. Саме мавпи виявилися ідеальними піддослідними для такого роду робіт, оскільки у них добре розвинені рухові і маніпуляційні навички, і, відповідно, високо розвинені структури головного мозку, що відповідають за реалізацію моторних функцій. До 2000 року група Ніколеліс створила НКІ, який відтворював рухи передніх кінцівок мавп під час маніпуляцій джойстиком або під час захоплення їжі. Дана система працювала в режимі реального часу і була використана для дистанційного керування рухами робота за допомогою інтернет-зв'язку. При цьому мавпа не мала можливості побачити руху власних кінцівок і не отримувала будь-якої іншої інформації для зворотного зв'язку.

Пізніше група Ніколесіса використовувала результати експериментів з макаками для створення алгоритму руху робота, що імітує рухи руки людини. Для управління рухами робота використовували інформацію, отриману при записі нейронної активності мавп після декодування. Мавпи були навчені вказувати на об'єкти на екрані комп'ютера, маніпулюючи джойстиком. Рухи кінцівок мавп-операторів були відтворені рухами робота.

У нейрохірургічному центрі в Клівленді в 2004 був створений перший штучний кремнієвий чип-аналог, який, в свою чергу, був розроблений в університеті Південної Каліфорнії в 2003. Кремній володіє можливістю з'єднувати неживу матерію з живими нейронами, а оточені нейронами транзистори отримують сигнали від нервових клітин, одночасно конденсатори відсилають до них сигнали. Кожен транзистор на чипі вловлює найменшу, ледве помітну зміну електричного заряду, яка відбувається при «пострілі» нейрона в процесі передачі іонів натрію. Нова мікросхема здатна отримувати імпульси від 16 тисяч мозкових нейронів біологічного походження і посилати назад сигнали до кількох сотень клітин. Враховуючи те, що при виробництві чипу нейрони були виділені з оточуючих їх гліальних клітин, то довелося додати білки, які «склеюють» нейрони в мозку, утворюючи додаткові натрієві канали. Збільшення числа натрієвих каналів підвищує шанси на те, що транспорт іонів перетвориться в електричні сигнали в чипі.

Сучасність

Нейронні інтерфейси є основним елементом, який використовується для вивчення нейронних систем і покращення або заміни нейронних функцій спеціально розробленими пристроями. Перед інженерами стоїть завдання розробити електроди, які можуть вибірково записувати дані, щоб збирати інформацію про діяльність нервової системи та стимулювати певні ділянки нервової тканини для відновлення функцій цієї тканини.[6][7] Матеріали, які використовуються для цих пристроїв, повинні відповідати механічним властивостям нервової тканини, в яку вони поміщені, і не пошкоджувати оточуюючі тканини.

Приклади застосування НКІ

  • Дослідники нейронауки з Каліфорнійського університету в Сан-Франциско лікували пацієнта з інсультом за допомогою 128-електродного імплантату мозку, який називають «субдуральною електродною матрицею» (наданий Blackrock Neurotech). Протягом 81-тижневого періоду, використовуючи лише свої думки (його мозкові хвилі, зчитані штучним інтелектом), він міг писати повідомлення, зокрема «Я відчуваю голод» і «Будь ласка, принесіть мої окуляри».
  • Пацієнт, який страждає на пізню стадію бічного аміотрофічного склерозу (БАС), виснажливої ​​хвороби, яка впливає на рухову активність, нещодавно продемонстрував, що він може обмінюватися текстовими повідомленнями з іншими людьми, використовуючи лише свої думки , що підтримується програмним забезпеченням, яке інтегрує його iPhone і його імплантований НКІ.

Компанії які розробляють НКІ

Blackrock Neurotech

Blackrock Neurotech, заснована в 2008 році, є провідною у світі платформою для технології НКІ, яка займає передові позиції в реалізації НКІ у людей. Blackrock є єдиною компанією у світі, яка має імплантований проникаючий масив із майже 100 електродами на пристрій, який уже дозволено FDA та використовується на людях. Деякі пацієнти навіть використовують кілька пристроїв.

На сьогоднішній день в усьому світі є 36 пацієнтів, які живуть з НКІ в голові, і 32 з них використовують технологію Blackrock.

«Десятки пацієнтів-людей наразі використовують наші імплантати та технологію, щоб безпосередньо своїм розумом досягати речей, які неможливо було уявити десять років тому, — сказав Маркус Герхардт, генеральний директор і співзасновник Blackrock. — Ми витратили більше десяти років на розробку нашої технології з кілька сотень провідних дослідницьких установ світу та понад 20 клінічних партнерських центрів»[8].

Blackrock Neurotech запустила широкий спектр «перших» у застосуванні НКІ людини. Наприклад, перший, хто надав пацієнтам з тетраплегією можливість керувати роботизованими кінцівками безпосередньо з мозку та за допомогою нього; і перший, який дозволив пацієнтам з боковим аміотрофічним склерозом, навіть повністю замкнутим, знову спілкуватися за допомогою звукового заклинання, безпосередньо керованого їхнім розумом.

У листопаді 2022 року Blackrock представила свій новий НКІ наступного покоління під назвою Neuralace.

Відновлення пам’яті та зору, а також лікування розладів психічного здоров’я, таких як депресія, потребують НКІ, які можуть взаємодіяти з більшою кількістю нейронів, і це те, що новий НКІ від Blackrock призначений для вирішення.

Neuralace має понад 10 000 каналів, усі вони розташовані на гнучкому мереживному чіпі, тоншому за вію.

Blackrock зробить Neuralace доступним для дослідницького співтовариства нейронаук у 2024 році, а до 2028 року планує провести перші демонстрації НКІ як візуального протеза для людей.

Neuralink, заснована Ілоном Маском у 2016 році, є чи не найвідомішою компанією НКІ.

У листопаді 2022 року Ілон і команда Neuralink провели презентацію з оновленнями своєї дорожньої карти для підключення — і, зрештою, об’єднання — нашого розуму з машинами[8].

Під час презентації Ілон сказав, що перші 2 програми Neuralink НКІ будуть: (1) допомогти людям з паралічем ефективніше використовувати свої цифрові пристрої та (2) відновити зір у тих, хто втратив зір. Насправді команда показала відеодемонстрацію того, як НКІ Neuralink використовувався для стимуляції зорової стимуляції в мозку мавпи[8].

Поточна версія пристрою Neuralink під назвою Link має розмір приблизно чверть і містить близько 1000 електродів. Ці електроди, або канали, здатні записувати та стимулювати нейрони.

У 2020 році команда Neuralink продемонструвала живу свиню з імплантованим у мозок чіпом Neuralink, показуючи живі сигнали мозку, коли свиня йшла по біговій доріжці. А в 2021 році Neuralink висвітлив відео макаки, ​​яка грає в понг без рук за допомогою свого Neuralink НКІ.

У листопаді 2022 року команда заявила, що працює над оновленою версією НКІ, яка буде приблизно такого ж розміру, але міститиме до 4000 електродів.

Одним із ключових нововведень, які Neuralink планує використовувати, є робот-хірург, який вставляє електроди в мозок через маленький отвір у черепі «так само легко, як хтось отримує операцію Lasik».

Ілон сказав, що компанія почала подавати документи для клінічних випробувань до FDA США, і він сподівається імплантувати НКІ Neuralink пацієнту через 6 місяців[8].

Paradromics

Paradromics має на меті створити НКІ наступного покоління, які допоможуть людям із розладами, починаючи від паралічу й закінчуючи вадами мовлення[8].

Імплантований пристрій компанії являє собою квадратний чіп розміром 1 см, який складається з 1600 платиново-іридієвих мікродротів, які виступають у вигляді масиву з одного боку чіпа.

Цей «мозковий чіп» розміщений у шарі між м’якою та твердою мозковою оболонками – захисними мембранами, які покривають мозок. Коли чіп поміщається в мозок, ці 1600 платиново-іридієвих мікропроводів проникають лише на 1,5 мм у глибину неокортекса.

Ці чіпи передають дані у верхній шар мозку та з нього, а потім транспортують дані до модуля, який імплантується прямо під шкіру на грудях суб’єкта. Оскільки все знаходиться просто під шкірою, ніхто не дізнається, що у вас імплантований мозковий чіп.

Ключовою особливістю платформи Paradromics є її масштабованість.

Станом на 2021 рік прототип пристрою компанії продемонстрував електричний запис із понад 30 000 електродних каналів у корі головного мозку овець.

НКІ від Paradromics наразі випробовується на вівцях і планує досягти людей наступного року, сподіваючись спочатку покращити життя людей із важким паралічем, відновивши спілкування за допомогою тексту, курсору та мови.

Майбутнє

Футуролог Рей Курцвейл прогнозує, що на початку 2030-х років людство матиме безперебійне з’єднання з високою пропускною здатністю між мозком і хмарою[8].

Прогрес в інженерії нервової тканини також дозволить відновлювати та покращувати функції мозку.

НКІ у реабілітаційній медицині

Нейрокомп'ютерні інтерфейси — це системи, які забезпечують прямий шлях зв’язку між мозком і зовнішнім пристроєм. В останні роки НКІ стали перспективним інструментом у сфері реабілітаційної медицини.[9][10][11][12][13].

Моторна реабілітація

Моторна (рухова) реабілітація спрямована на відновлення або покращення рухової функції в осіб із фізичними вадами, спричиненими неврологічними розладами, такими як інсульт, травма спинного мозку та черепно-мозкова травма. НКІ використовувалися для полегшення рухового відновлення за допомогою нервового зворотного зв’язку, функціональної електричної стимуляції (FES) і роботизованої терапії.

Нейрофідбек

Нейрофідбек передбачає моніторинг активності мозку в реальному часі для забезпечення зворотного зв’язку, який може допомогти пацієнтам навчитися регулювати свою нейронну активність. НКІ можуть бути використані для забезпечення такого зворотного зв’язку та продемонстрували потенціал у покращенні рухової функції у пацієнтів з інсультом.[14][15][16]

Функціональна електростимуляція

Функціональна електростимуляція (ФЕС) включає застосування електричних струмів для стимуляції м’язів або нервів, що дозволяє рухатися особам з руховими порушеннями. НКІ можна використовувати для контролю систем ФЕС, дозволяючи пацієнтам ініціювати рух за допомогою сигналів свого мозку.[14][17][18]

Робототехнічна терапія

У роботизованій реабілітації пацієнти взаємодіють із роботизованими пристроями, які забезпечують підтримку та допомогу під час рухових актів. НКІ можна інтегрувати з цими пристроями, щоб забезпечити контрольований мозком рух, що може покращити рухове навчання та відновлення, чи компенсувати функції.[19][20][21][22][23]

Когнітивна реабілітація

Когнітивна реабілітація зосереджена на відновленні або покращенні когнітивних функцій в осіб з когнітивними порушеннями, спричиненими неврологічними розладами, такими як черепно-мозкова травма чи деменція. НКІ використовувалися для сприяння когнітивному тренуванню за допомогою нервового зворотного зв’язку та тренування пам’яті та уваги.

Нейрофідбек

Подібно до моторної реабілітації, нейрофідбек можна використовувати для покращення когнітивних функцій шляхом надання зворотного зв’язку щодо активності мозку в реальному часі. НКІ використовувалися, щоб допомогти пацієнтам регулювати свою нейронну активність, що може призвести до покращення когнітивних функцій.[24][25][26]

Тренування пам'яті та уваги

НКІ можна використовувати для забезпечення зворотного зв’язку щодо завдань пам’яті та уваги, потенційно покращуючи когнітивне навчання. Включаючи НКІ в програми когнітивного навчання, дослідники прагнуть розробити більш ефективні заходи для людей з когнітивними порушеннями.[27][28][29]

Виклики та майбутні напрямки

Хоча НКІ обіцяють покращити результати реабілітації, залишається кілька проблем. Вони включають потребу в покращених методах обробки сигналів, зручному апаратному забезпеченні та індивідуальних протоколах навчання. Крім того, необхідно розглянути етичні міркування, такі як можливість вторгнення в приватне життя та наслідки неналежного використання нейронних даних.

Оскільки галузь НКІ в реабілітаційній медицині продовжує розвиватися, дуже важливо, щоб дослідники та клініцисти співпрацювали для розробки безпечних та ефективних втручань, які можна втілити в клінічну практику.

НКІ і нейропротезування

Нейропротезування — область нейроінженерії та неврології, що займається створенням і імплантацією штучних пристроїв для відновлення порушених функцій нервової системи або сенсорних органів (нейропротезів чи нейроімплантів). Прикладом нейропротезування є кохлеарний нейроімплант. Існує також нейропротез для відновлення зору, наприклад, імплантати сітківки.

Основна відмінність НКІ від нейропротезування полягає в особливостях їх застосування: нейропротез найчастіше «підключають» до нервової системи, в той час як НКІ зазвичай з'єднує мозок (або нервову систему) з комп'ютерною системою. На практиці нейропротез може бути приєднаний до будь-якої частини нервової системи, наприклад, до периферійних нервів, в той час як НКІ являє собою більш вузький клас систем, що взаємодіють з центральною нервовою системою. Терміни нейропротезування і НКІ можуть бути взаємозамінними, оскільки обидва підходи переслідують одну мету — відновлення зору, слуху, рухових здібностей, здатності спілкуватися та інших когнітивних функцій. Крім того, в обох підходах використовуються аналогічні експериментальні методи, включаючи хірургічне втручання.

У масовій культурі

  • У мультсеріалі Еховзвід за допомогою нейрокомп'ютерного інтерфейсу здійснюється управління бойовими екзоскелетами під назвою Ехолети.
  • У фільмі Тихоокеанський рубіж за допомогою нейрокомп'ютерних інтерфейсів команда з двох чоловік управляє гігантськими роботами для боротьби з прибульцями з іншого виміру. Відмінною особливістю НКІ в цьому фільмі є необхідність двох осіб для управління однією машиною. При цьому навантаження на мозок рівномірно розподіляється між двома пілотами.

Див. також

Література

Книги

Журнали

Примітки

  1. ↑ Krucoff, M. O., Rahimpour, S., Slutzky, M. W., Edgerton, V. R., & Turner, D. A. (27 грудня 2016). Enhancing Nervous System Recovery through Neurobiologics, Neural Interface Training, and Neurorehabilitation. https://doi.org/10.3389/fnins.2016.00584 (eng) . Frontiers in neuroscience, 10, 584.
  2. ↑ Martini, Michael L.; Oermann, Eric Karl; Opie, Nicholas L.; Panov, Fedor; Oxley, Thomas; Yaeger, Kurt (2020-02). Sensor Modalities for Brain-Computer Interface Technology: A Comprehensive Literature Review. Neurosurgery (амер.). Т. 86, № 2. с. E108. doi:10.1093/neuros/nyz286. ISSN 0148-396X. Процитовано 7 лютого 2023.
  3. ↑ Bach-y-Rita, Paul (1967-09). SENSORY PLASTICITY. Acta Neurologica Scandinavica (англ.). Т. 43, № 4. с. 417—426. doi:10.1111/j.1600-0404.1967.tb05747.x. Процитовано 6 березня 2023.
  4. ↑ Aviva Hope Rutkin (2012). Champagne for the Blind: Paul Bach-y-Rita, Neurosciences Forgotten Genius (PDF) (eng) .
  5. ↑ Ілон Маск об’єднає мозок людини зі штучним інтелектом. Tokar.ua (укр.). 17 вересня 2018. Процитовано 18 листопада 2018.
  6. ↑ Cullen, D. Kacy; Pfister, Bryan J. (2011). State of the Art and Future Challenges in Neural Engineering: Neural Interfaces: Foreword / Editors' Commentary (Volume 1). Critical Reviews™ in Biomedical Engineering (English) . Т. 39, № 1. doi:10.1615/CritRevBiomedEng.v39.i1.10. ISSN 0278-940X. Процитовано 11 лютого 2023.
  7. ↑ Cullen, D. Kacy; Wolf, John A.; Vernekar, Varadraj N.; Vukasinovic, Jelena; LaPlaca, Michelle C. (2011). Neural Tissue Engineering and Biohybridized Microsystems for Neurobiological Investigation In Vitro (Part 1). Critical Reviews™ in Biomedical Engineering (English) . Т. 39, № 3. doi:10.1615/CritRevBiomedEng.v39.i3.30. ISSN 0278-940X. Процитовано 11 лютого 2023.
  8. ↑ а б в г д е Diamandis, Peter H. Metatrend #10: Connecting Your Brain to the Cloud (BCI). www.diamandis.com (амер.). Процитовано 19 грудня 2022.
  9. ↑ Simon, Colin; Bolton, David A. E.; Kennedy, Niamh C.; Soekadar, Surjo R.; Ruddy, Kathy L. (2021). Challenges and Opportunities for the Future of Brain-Computer Interface in Neurorehabilitation. Frontiers in Neuroscience. Т. 15. doi:10.3389/fnins.2021.699428. ISSN 1662-453X. PMC 8282929. PMID 34276299. Процитовано 5 травня 2023.{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання) Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  10. ↑ Cervera, María A.; Soekadar, Surjo R.; Ushiba, Junichi; Millán, José del R.; Liu, Meigen; Birbaumer, Niels; Garipelli, Gangadhar (2018-05). Brain-computer interfaces for post-stroke motor rehabilitation: a meta-analysis. Annals of Clinical and Translational Neurology (англ.). Т. 5, № 5. с. 651—663. doi:10.1002/acn3.544. PMC 5945970. PMID 29761128. Процитовано 5 травня 2023.{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання)
  11. ↑ Mane, Ravikiran; Chouhan, Tushar; Guan, Cuntai (1 серпня 2020). BCI for stroke rehabilitation: motor and beyond. Journal of Neural Engineering. Т. 17, № 4. с. 041001. doi:10.1088/1741-2552/aba162. ISSN 1741-2560. Процитовано 5 травня 2023.
  12. ↑ Sebastián-Romagosa, Marc; Cho, Woosang; Ortner, Rupert; Murovec, Nensi; Von Oertzen, Tim; Kamada, Kyousuke; Allison, Brendan Z.; Guger, Christoph (2020). Brain Computer Interface Treatment for Motor Rehabilitation of Upper Extremity of Stroke Patients—A Feasibility Study. Frontiers in Neuroscience. Т. 14. doi:10.3389/fnins.2020.591435. ISSN 1662-453X. PMC 7640937. PMID 33192277. Процитовано 5 травня 2023.{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання) Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  13. ↑ Baniqued, Paul Dominick E.; Stanyer, Emily C.; Awais, Muhammad; Alazmani, Ali; Jackson, Andrew E.; Mon-Williams, Mark A.; Mushtaq, Faisal; Holt, Raymond J. (23 січня 2021). Brain–computer interface robotics for hand rehabilitation after stroke: a systematic review. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. Т. 18, № 1. с. 15. doi:10.1186/s12984-021-00820-8. ISSN 1743-0003. PMC 7825186. PMID 33485365. Процитовано 5 травня 2023.{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання) Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  14. ↑ а б Remsik, Alexander B.; van Kan, Peter L. E.; Gloe, Shawna; Gjini, Klevest; Williams, Leroy; Nair, Veena; Caldera, Kristin; Williams, Justin C.; Prabhakaran, Vivek (2022). BCI-FES With Multimodal Feedback for Motor Recovery Poststroke. Frontiers in Human Neuroscience. Т. 16. doi:10.3389/fnhum.2022.725715. ISSN 1662-5161. PMC 9296822. PMID 35874158. Процитовано 5 травня 2023.{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання) Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  15. ↑ Belda-Lois, Juan-Manuel; Mena-del Horno, Silvia; Bermejo-Bosch, Ignacio; Moreno, Juan C.; Pons, José L.; Farina, Dario; Iosa, Marco; Molinari, Marco; Tamburella, Federica (13 грудня 2011). Rehabilitation of gait after stroke: a review towards a top-down approach. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. Т. 8, № 1. с. 66. doi:10.1186/1743-0003-8-66. ISSN 1743-0003. PMC 3261106. PMID 22165907. Процитовано 5 травня 2023.{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання) Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  16. ↑ Ramos-Murguialday, Ander; Broetz, Doris; Rea, Massimiliano; Läer, Leonhard; Yilmaz, Özge; Brasil, Fabricio L.; Liberati, Giulia; Curado, Marco R.; Garcia-Cossio, Eliana (2013-07). Brain-machine interface in chronic stroke rehabilitation: A controlled study: BMI in Chronic Stroke. Annals of Neurology (англ.). Т. 74, № 1. с. 100—108. doi:10.1002/ana.23879. PMC 3700597. PMID 23494615. Процитовано 5 травня 2023.{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання)
  17. ↑ Müller-Putz, Gernot R.; Scherer, Reinhold; Pfurtscheller, Gert; Rupp, Rüdiger (1 липня 2005). EEG-based neuroprosthesis control: A step towards clinical practice. Neuroscience Letters (англ.). Т. 382, № 1. с. 169—174. doi:10.1016/j.neulet.2005.03.021. ISSN 0304-3940. Процитовано 5 травня 2023.
  18. ↑ Pfurtscheller, Gert; Müller, Gernot R; Pfurtscheller, Jörg; Gerner, Hans Jürgen; Rupp, Rüdiger (6 листопада 2003). ‘Thought’ – control of functional electrical stimulation to restore hand grasp in a patient with tetraplegia. Neuroscience Letters (англ.). Т. 351, № 1. с. 33—36. doi:10.1016/S0304-3940(03)00947-9. ISSN 0304-3940. Процитовано 5 травня 2023.
  19. ↑ Willsey, Matthew S.; Nason-Tomaszewski, Samuel R.; Ensel, Scott R.; Temmar, Hisham; Mender, Matthew J.; Costello, Joseph T.; Patil, Parag G.; Chestek, Cynthia A. (12 листопада 2022). Real-time brain-machine interface in non-human primates achieves high-velocity prosthetic finger movements using a shallow feedforward neural network decoder. Nature Communications (англ.). Т. 13, № 1. с. 6899. doi:10.1038/s41467-022-34452-w. ISSN 2041-1723. Процитовано 5 травня 2023.
  20. ↑ Li, Rui; Zhang, Xiaodong; Lu, Zhufeng; Liu, Chang; Li, Hanzhe; Sheng, Weihua; Odekhe, Randolph (2018). An Approach for Brain-Controlled Prostheses Based on a Facial Expression Paradigm. Frontiers in Neuroscience. Т. 12. doi:10.3389/fnins.2018.00943. ISSN 1662-453X. PMC 6305548. PMID 30618572. Процитовано 5 травня 2023.{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання) Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  21. ↑ Meng, Jianjun; Zhang, Shuying; Bekyo, Angeliki; Olsoe, Jaron; Baxter, Bryan; He, Bin (14 грудня 2016). Noninvasive Electroencephalogram Based Control of a Robotic Arm for Reach and Grasp Tasks. Scientific Reports (англ.). Т. 6, № 1. с. 38565. doi:10.1038/srep38565. ISSN 2045-2322. Процитовано 5 травня 2023.
  22. ↑ Ang, Kai Keng; Chua, Karen Sui Geok; Phua, Kok Soon; Wang, Chuanchu; Chin, Zheng Yang; Kuah, Christopher Wee Keong; Low, Wilson; Guan, Cuntai (2015-10). A Randomized Controlled Trial of EEG-Based Motor Imagery Brain-Computer Interface Robotic Rehabilitation for Stroke. Clinical EEG and Neuroscience (англ.). Т. 46, № 4. с. 310—320. doi:10.1177/1550059414522229. ISSN 1550-0594. Процитовано 5 травня 2023.
  23. ↑ Daly, Janis J.; Cheng, Roger; Rogers, Jean; Litinas, Krisanne; Hrovat, Kenneth; Dohring, Mark (2009-12). Feasibility of a New Application of Noninvasive Brain Computer Interface (BCI): A Case Study of Training for Recovery of Volitional Motor Control After Stroke. Journal of Neurologic Physical Therapy (амер.). Т. 33, № 4. с. 203. doi:10.1097/NPT.0b013e3181c1fc0b. ISSN 1557-0576. Процитовано 5 травня 2023.
  24. ↑ Rogala, Jacek; Jurewicz, Katarzyna; Paluch, Katarzyna; Kublik, Ewa; Cetnarski, Ryszard; Wróbel, Andrzej (2016). The Do's and Don'ts of Neurofeedback Training: A Review of the Controlled Studies Using Healthy Adults. Frontiers in Human Neuroscience. Т. 10. doi:10.3389/fnhum.2016.00301. ISSN 1662-5161. PMC 4911408. PMID 27378892. Процитовано 5 травня 2023.{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання) Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  25. ↑ Gruzelier, John H. (1 липня 2014). EEG-neurofeedback for optimising performance. I: A review of cognitive and affective outcome in healthy participants. Neuroscience & Biobehavioral Reviews (англ.). Т. 44. с. 124—141. doi:10.1016/j.neubiorev.2013.09.015. ISSN 0149-7634. Процитовано 5 травня 2023.
  26. ↑ Sitaram, Ranganatha; Ros, Tomas; Stoeckel, Luke; Haller, Sven; Scharnowski, Frank; Lewis-Peacock, Jarrod; Weiskopf, Nikolaus; Blefari, Maria Laura; Rana, Mohit (2017-02). Closed-loop brain training: the science of neurofeedback. Nature Reviews Neuroscience (англ.). Т. 18, № 2. с. 86—100. doi:10.1038/nrn.2016.164. ISSN 1471-0048. Процитовано 5 травня 2023.
  27. ↑ Lim, Choon Guan; Soh, Chui Pin; Lim, Shernice Shi Yun; Fung, Daniel Shuen Sheng; Guan, Cuntai; Lee, Tih-Shih (25 січня 2023). Home-based brain–computer interface attention training program for attention deficit hyperactivity disorder: a feasibility trial. Child and Adolescent Psychiatry and Mental Health. Т. 17, № 1. с. 15. doi:10.1186/s13034-022-00539-x. ISSN 1753-2000. PMC 9878772. PMID 36698168. Процитовано 5 травня 2023.{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання) Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  28. ↑ Kober, Silvia Erika; Wood, Guilherme; Hofer, Daniela; Kreuzig, Walter; Kiefer, Manfred; Neuper, Christa (8 лютого 2013). Virtual reality in neurologic rehabilitation of spatial disorientation. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. Т. 10, № 1. с. 17. doi:10.1186/1743-0003-10-17. ISSN 1743-0003. PMC 3583670. PMID 23394289. Процитовано 5 травня 2023.{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання) Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  29. ↑ deBettencourt, Megan T.; Cohen, Jonathan D.; Lee, Ray F.; Norman, Kenneth A.; Turk-Browne, Nicholas B. (2015-03). Closed-loop training of attention with real-time brain imaging. Nature Neuroscience (англ.). Т. 18, № 3. с. 470—475. doi:10.1038/nn.3940. ISSN 1546-1726. PMC 4503600. PMID 25664913. Процитовано 5 травня 2023.{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання)

Посилання

Отримано з https://uk.wikipedia.org/w/index.php?title=Нейрокомп%27ютерний_інтерфейс&oldid=39422617