Принципы создания и задачи нейрокомпьютерного интерфейса, его структура и элементы, эффективность использования для обездвиженных пациентов. Измерение биопотенциалов мозга и обработка сигналов. Сканирование и построение функциональной модели человека.
Аннотация к работе
Нейрокомпьютерный интерфейс (НКИ) (называемый также прямой нейронный интерфейс или мозговой интерфейс) - система, созданная для обмена информацией между мозгом и электронным устройством (например, компьютером). В однонаправленных интерфейсах внешние устройства могут либо принимать сигналы от мозга, либо посылать ему сигналы (например, имитируя сетчатку глаза при восстановлении зрения электронным имплантатом). Двунаправленные интерфейсы позволяют мозгу и внешним устройствам обмениваться информацией в обоих направлениях. Интерфейс мозг - компьютер - это технология, позволяющая человеку научится прямой коммуникации с внешним миром без посредства нервов и мышц, только на основе биопотенциалов мозга.В этот момент устройство ЭЭГ/ЭМГ считывает изменения биопотенциалов мозга и передает их в BCI управление. Функция переводчик (преобразования) воспринимает этот сигнал как эмоциональное состояние человека и выводит результат на экран через Биологическую обратную связь, и круг повторяется до оптимального результата. Второе направление функция переводчика может отправлять в блок обработки намеренных движений, которое разобрав что требуется отправляет сигнал на Сенсорное устройство управление (Haptic) которое передав данные Сенсорному устройству восстановления(Haptic) производит движение или какой-то процесс о котором думал человек. •Элементы: Элементы это некоторые объекты (материальные, энергетические, информационные), обладающие рядом важных свойств и реализующие в системе определенный закон функционирования F^S, внутренняя структура которых не рассматривается. Связь: Связь - это вид отношений между элементами, который проявляется как некоторый обмен (взаимодействие), как правило, в исследованиях выделяются внутренние и внешние связи.Функциональное описание BCI интерфейса, можно разделить: •Процессы: 1. Функция сканирования (выявление нужных участков мозга) К примеру, для диагностики неврологических расстройств, чтобы выявить и при возможности изолировать нужную область мозга. Чаще всего человеку требуется некоторое время, порядка нескольких часов, чтобы настроить под него программу, и он может управлять через НКИ с точностью 70-90%. Наиболее качественное управление происходит при вживлении датчиков в мозг, но как уже писалось выше это трудоемкий, затратный и опасный для пациента процесс. В этом случае движение заранее программируется, и по команде "Схватить" манипулятор движется по заранее заданной траектории, и его пальцы хватают предмет, расположенный в заданном месте пространства.С точки зрения потенциальной производительности и способности управлять внешними устройствами с большим числом степеней свободы наиболее перспективными представляются инвазивные ИМК, основанные на преобразовании в команду для внешнего устройства активности большого числа отдельных нейронов. Уже в настоящее время их информационная производительность может достигать 100 бит в минут, а число степеней свободы может превосходить два. Однако для их практического внедрения имеются существенные трудности: вживленные в мозг электроды зарастают соединительной тканью, что уменьшает время их эффективной работы, а открытое трепанационное отверстие, через которое проходит соединительный кабель, является потенциальным источником опасности инфекционного заражения. Берлинский ИМК, основанный на воображении движений разных конечностей, уже сейчас достигает информационной производительности 35 бит в минуту и требует для обучения всего 20 минут.