Разбираем первый в мире школьный набор-конструктор для создания устройств с био- и нейроинтерфейсами.
Первый в мире детский конструктор для создания нейроинтерфейсов

Из кино мы знаем, что кратчайший путь к завоеванию мира — уметь читать чужие мысли и пользоваться силой своих. Тем более что сейчас «миелофон», способный расшифровывать паттерны активности нейронов мозга, выглядит уже не такой фантастикой, как во времена Коли Герасимова.

Еще в 2008 году ученые сумели «прочесть» направление мыслей подопытных. С помощью томографа они распознали нейронные паттерны, соответствующие таким понятиям, как дом или убежище, инструменты и орудия… В 2016-м возможно выяснить основные черты лица, которое человек представляет в своем воображении, или понять, о ком именно он думает. Чтение мыслей сегодня уже реально, если только это мысли на заранее заданную тему. Ну а «миелофоны» попроще становятся игрушками для сегодняшних ровесников Алисы Селезневой. Базовый комплект инструментов есть в наборе для создания био- и нейроинтерфейсов BiTronicsLab. Управлять машинкой усилием воли? Распознать ложь? Измерить смех? Попробуем.

В набор BiTronicsLab входит комплект датчиков и сенсоров для снятия базовых физиологических реакций: сокращения мышц, пульса, мозговой активности. Компьютерный интерфейс позволяет читать эти сигналы, интерпретировать и передавать на другие устройства. Комплект совместим с наборами Lego Mindstorms и позволяет собирать даже роботов на «нейроуправлении».

Но для начала нам приглянулись не такие сложные «Миогонки» — в них скорость движения машинок зависит от силы сокращения мышц пилота, к которому прикреплены датчики электромиограммы. Соперником нашего силача выступил разум: еще один датчик в наборе позволил снимать электроэнцефалограмму второго пилота и контролировать скорость его автомобиля ритмами мозговой активности.

Увы, «разум» уступил грубой мышечной силе. В отличие от сознательного сокращения скелетной мускулатуры, которой мы овладеваем еще в младенчестве, управлению ритмами мозга нас никто не учит, так что результат был предсказуем. Зато в процессе подготовки гонок мы разобрались с деталями конструктора BiTronicsLab и придумали другие способы применения био- и нейроинтерфейсов в быту.

Электромиограмма Регистрируется электрическая активность, связанная с напряжением мышц. Нашему пилоту оказалось достаточно просто согнуть руку — и его болид рванул с места.

Электроэнцефалограмма Регистрируется электрическая активность нейронов головного мозга. Для того чтобы контролировать ее силой воли, требуются упорные предварительные тренировки.

Фото

Идеи и модули

В состав набора BiTronicsLab входит программируемый модуль Arduino, комплект датчиков и специальное ПО для компьютеров и смартфонов. Мы расскажем о каждом виде сигналов тела, которые он позволяет считывать. А заодно — о том, к чему их можно приложить с интересом, а то и пользой.

Электромиограмма (ЭМГ) и электрокардиограмма (ЭКГ) Что это? Совмещенный модуль, способный служить сенсором активности мышц и регистрировать разницу потенциалов, которая возникает при их сокращении или расслаблении. Другая его функция — датчик кардиосигнала, слабых электрических сигналов, которые сопровождают разные фазы работы сердца. Для ЭМГ два электрода крепятся к мышце, для ЭКГ — у сердца, на груди и сбоку. Третий электрод служит опорным, позволяя снизить шум и лучше считывать эти слабые сигналы. Зачем? «Смехометр». Закрепленный на мышцах щеки сенсор ЭМГ поможет оценить силу и время ее сокращений после анекдота. Изменение параметров электромиограммы даст возможность непредвзято установить, смешной он или не очень.

Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС)*

* Пока в наборе такого модуля нет — но если нейротехнологии продолжат развиваться теми же темпами, в одной из будущих версий он обязательно появится.

Что это? Упрощенно говоря, это инструмент, обратный электроэнцефалографу: вместо того, чтобы регистрировать активность нейронов по изменению их электрических полей, он сам влияет на их активность, воздействуя внешним полем. В лабораторных экспериментах с помощью ТМС удавалось вызывать, например, неконтролируемый поток воспоминаний или мистические переживания, а медики купируют им некоторые нейрологические симптомы. Зачем? Обмен мыслями на расстоянии. Если в будущем методы ЭЭГ и ТМС достигнут большего совершенства, они позволят напрямую обмениваться мыслями друг с другом, передавая их из мозга в мозг — как между частями единой нервной «суперсистемы».

Фото

Кожно-гальваническая реакция (КГР) Что это? Датчик для измерения электрической проводимости кожи: даже хорошо скрытое волнение сопровождается небольшим выделением пота, который увеличивает ее электропроводность и проявляется в данных резким изменением сигнала КГР.

Зачем? Полиграф — или попросту «детектор лжи». В профессиональных системах может использоваться больше двух десятков физиологических показателей, но КГР, ЭКГ, ЭМГ и пульс — это минимальный достаточный набор. Конечно, серьезный анализ реакции на вопросы требует подготовки и знания специальных методов. Но разоблачить воришку, стащившего конфеты с полки, можно попытаться и в домашних условиях. Характерный скачок КГР скажет о подозрительном волнении.

Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) Что это? Сенсор мозговой активности, фиксирующий электрические импульсы, возникающие в нейронах головного мозга. Регистрирует волны активности, характерные для различных состояний бодрствования и сна (альфа-, бета-, тета-, дельта- и гамма-ритмы).

Зачем? «Мегамозг». Считается, что альфа-волны характерны для более спокойных состояний, и опытные мастера медитации полностью погружаются в них во время своих трансов. Система «Мегамозг» предлагает инновационный способ добиться того же. Сигналы ЭЭГ передаются на компьютер и превращаются в команды для радиоуправляемого квадрокоптера, позволяя запустить его в воздух простым «усилием воли». Впрочем, поначалу не таким уж и простым: «Мегамозг» требует тренировки.

Акселерометры и гироскопы Что это? Объединенный датчик движения: акселерометры фиксируют линейное ускорение, а гироскопы — изменение ориентации в пространстве. Зачем? «Киберрука». Сочетание сенсоров ЭМГ с модулем акселерометров и гироскопов позволит считывать точные сигналы о положении и движении руки в пространстве. Эти данные можно передавать на роботизированный манипулятор — например, собранный на платформе Lego Mindstorms, с которой конструктор BiTronicsLab полностью совместим.

Статья «Смехометр и другие» опубликована в журнале «Популярная механика» (№8, Август 2016).