На мартовской конференции по электронике в Хьюстоне, проведенной под патронажем компании-производителя микрочипов Texas Instrument, выпускник Университета Иллинойса Майкл Каллахэн из компании Ambient продемонстрировал уникальную разработку — прототип программно-аппаратного комплекса Audeo для преобразования электрических импульсов мышц речевого аппарата в синтетическую речь. На глазах специалистов впервые в истории был осуществлен телефонный звонок, при котором один из собеседников не произнес ни слова вслух, но его визави услышал в трубке мысленно сказанную фразу. Audeo смог прочитать мысль!
Перехват в пути
К телепатии это не имеет никакого отношения. Принцип работы Audeo довольно прост и основан на глубоком знании механизма действия речевого аппарата человека. Нейрофизиологам давно известно, что внешняя речь, когда человек произносит какие-либо слова, и речь внутренняя — словесное мышление или чтение книг — заметно отличаются друг от друга по степени вовлечения в процесс речевых центров головного мозга. Всего этих центров три. Сенсорный центр речи Вернике, расположенный в заднем отделе верхней височной извилины доминантного полушария (у правшей — левого), отвечает за восприятие и многоуровневый анализ речи, в том числе — собственной. Моторный центр Брока, находящийся в задней части нижней лобной извилины, регулирует движения мышц речевого аппарата и управляет дыхательной мускулатурой. В единое целое их связывает третий центр — ассоциативный. Он расположен в нижней теменной доле. Благодаря колоссальному количеству связей он координирует взаимодействие чувствительного и двигательного центров и отвечает за правильный подбор слов, построение фраз и предложений.
Без лишних слов
Слово рождается в центре Вернике, приобретает четкую форму в ассоциативном центре и произносится благодаря нервным импульсам, которые центр Брока посылает на речевую мускулатуру. Сенсорное устройство, надеваемое на шею, улавливает электрические сигналы, декодирует их и передает на компьютер.
Полученная информация обрабатывается специальной программой и преобразуется в речь или условную команду для кресла с электрическим приводом.
Каждое слово, сказанное нами, рождается в центре Вернике, приобретает четкую форму в ассоциативном центре и произносится благодаря нервным импульсам, которые центр Брока посылает на речевую мускулатуру. Когда мы размышляем про себя, используя слова или отдельные фразы, моторный центр бездействует. Если мы сосредоточимся на произнесении определенного слова, то центр Брока тут же отдаст через нейроны соответствующую команду речевой мускулатуре. При этом совсем не обязательно говорить это слово вслух!
Виртуальное осязание
Специалисты американского Национального Института по Стандартам и Технологиям (NIST) разработали технологию тактильного «зрения» для просмотра компьютерных изображений. В её основе лежит использование давно известного метода доктора Брайля, который позволяет незрячим людям свободно читать печатные тексты.
Возможности человеческого осязания очень велики. Обычный человек способен различать подушечками пальцев перепады рельефа около 2 микрон! Первый прототип тактильного графического дисплея появился еще шесть лет назад. Он представлял собой плоский механизм, поверхность которого состояла из 3600 стержней чрезвычайно малого диаметра, выдвигающихся верх на различную высоту и образующих при этом рельефную поверхность. Человек мог «видеть» электронную картинку ощупывая поверхность дисплея. После просмотра механизм деактивировался, и происходила смена изображения.
Более совершенная разработка появилась чуть более года назад. Принцип, лежащий в её основе, не претерпел изменений. Но сам дисплей стал значительно удобнее и превратился в своеобразное продолжение чувствительной поверхности пальца пользователя. Он состоит из ста управляемых микроскопических стержней, расположенных на расстоянии 0,1 миллиметра друг от друга. Прибор просто надевается на палец. Пользователь передвигает его по плоской поверхности, как обычную компьютерную мышь, как бы «сканируя» электронное изображение. Изменяющаяся высота подъема стержней создает динамически изменяющийся рельеф, который дает представление о содержании изображения. Фактически, человек «видит» картинку, ощупывая её руками!
Дальнейшее совершенствование этой технологии может иметь применение в создании чувствительной поверхности для космических перчаток, в качестве электромеханического сенсора для различных манипуляторов, в создании элементов виртуальной реальности, в процессе профессионального обучения, — практически везде, где присутствие человека невозможно, но крайне необходима присущая только ему тактильная чувствительность.
Майкл Каллахэн попробовал с помощью чувствительного сенсора уловить слабые электрические импульсы, возникающие в мышцах гортани и голосовых связок при мысленной речи, и декодировать их в синтетическую компьютерную речь. В состав Audeo входит сенсорное устройство, надеваемое на шею, которое улавливает электрические сигналы, декодирует их и передает на компьютер. Затем полученная информация обрабатывается специальной программой и преобразуется в речь или условную команду для кресла с электрическим приводом.
Атомная лингвистика
Наиболее сложными моментами в процессе создания Audeo были распознавание и классификация слабых электрических сигналов. Представленный прототип, работа над созданием которого продлилась около двух лет, способен правильно определить и воспроизвести 150 мыслеслов. Не так уж и мало. Этого вполне достаточно для мысленного управления креслом или компьютером, что уже подтверждено в ходе испытаний.
Имя: Майкл Каллахэн // Возраст: 26 лет // Профессия: ученый, изобретатель // Сфера интересов: нанотехнологии и неврологические сигналы // Текущая занятость: глава компании ambient, иедущий разработчик устройства audio // Цель жизни: помочь нуждающимся обрести связь с окружающим миром.
Каллахэн начал работать над своим главным проектом, будучи студентом Университета Иллинойса. Прежде всего, Майкл вместе со своей командой разработал систему фиксации неврологических сигналов около шеи и головы пациента. Когда исследования стали давать положительный результат, Каллахэн основал собственную компанию Ambient. Победа в конкурсе бизнес-планов Университета Иллинойса дала делу необходимый финансовый толчок. Сотрудничество с Институтом реабилитации Чикаго дало возможность проводить испытания с участием реальных пациентов. В настоящее время Audeo уже можно купить. Однако команда Каллахэна не собирается останавливаться на достигнутом и продолжает разработки в области компьютерного лингвистического анализа неврологических сигналов.
Майкл Каллахэн и его партнер по компании Ambient, программист Том Коулмэн, намерены в течение года радикально усовершенствовать технологию. По их словам, Audeo вскоре сможет обеспечить свободное мысленное общение с неограниченным словарным запасом. Это становится возможным благодаря принципиально новому подходу к проблеме распознавания речевых сигналов. Каллахэн и Коулмэн разработали методику выделения фонем — составных частей устной речи. Фонемы — это своеобразные атомы языка. Они представляют собой определенную стабильную последовательность звуков, из которых состоят отдельные слова. И их не так много. Соответственно, невелико и количество стандартных нервных импульсов, необходимых для их произнесения. Каллахэн говорит, что модифицированный вариант Audeo будет более медленным, чем нынешний, за счет большего времени, требуемого для обработки сигналов, зато обеспечит неограниченный формат общения.
Звук в конце тоннеля
Для практического использования Audeo необходима определенная подготовка. Человек должен отработать четкое волевое усилие для мысленного произнесения слов. Впрочем, по словам Каллахэна, это не так сложно — обычному человеку достаточно всего несколько дней тренировок для закрепления навыка. Поэтому опасения в том, что отныне наши тайные мысли сможет прочесть кто угодно, абсолютно беспочвенны. Доступным для посторонних будет лишь то, что вы сами хотите им сказать. Для расшифровки внутренней речи, этой словесной оболочки мышления, нужны совершенно фантастические приборы, способные «заглянуть» в глубины сознания. Вряд ли они будут созданы в обозримом будущем.
Космический субвокал
Майкл Каллахэн не одинок в своих усилиях по превращению неосязаемой мысли в реальное слово. Аналогичные исследования с 1999 года проводятся в рамках крупной научной программы NASA по расширению диапазона человеческих чувств (EHS).
Основная цель программы — замена традиционных органов контроля и управления (клавиатур, джойстиков, микрофонов
Перед командой Йоргенсена была поставлена задача по созданию методики распознавания субвокальной (мысленной) речи человека и преобразованию её в звук либо в управляющие команды для беспилотной техники в экстремальных условиях космических полетов и при исследовании поверхности небесных тел, в частности, Луны и Марса. Принцип, положенный в основу технологии NASA, ничем не отличается от принципа декодирования электромиографических импульсов Каллахэна. Специальные сенсоры располагаются на теле человека в непосредственной близости от мышц гортани и языка. Перехваченный сигнал передается на переносной компьютер, распознается, а затем преобразуется в обычную речь или электронную команду. Правда, в случае с NASA прогресс в исследованиях не столь очевиден, как у амбициозной компании Ambient. За семь лет команда Йоргенсена смогла научить свой программно-аппаратный комплекс надежно распознавать всего несколько десятков слов и около пятидесяти отдельных звуков, объединенных в короткие фразы. Программное обеспечение необходимо настраивать для каждого пользователя отдельно. Для NASA это не является критичным, ведь количество операторов космического оборудования будет ограниченным. Доктор Йоргенсен заявляет, что в течение двух-трех лет его разработки будут иметь коммерческое применение. По его словам, единственным сдерживающим фактором в ходе исследований является пока еще несовершенное «железо». Программная часть уже разработана и протестирована. Большой интерес к исследованиям в центре имени Эймса проявило американское оборонное агентство DARPA.
Программа NASA EHS состоит из шести различных направлений. Среди них разработка специальных чувствительных приборов-манипуляторов для космических скафандров; создание технологии мысленного обмена информацией; создание виртуальных интерфейсов управления; разработка методики автоматической адаптации приборов к возможностям конкретного оператора; создание технологий телеприсутствия и дистанционного управления в экстренных ситуациях. Каждое из этих направлений, в случае достижения реальных результатов, способно перевернуть наши представления о диапазоне человеческих чувств.
Audeo может использоваться не только в медицинских целях, но и в самых разных областях науки и техники. Диапазон его применения ограничивается только человеческой фантазией. Но сами создатели видят свою миссию именно в облегчении жизни тяжелых больных, буквально лишенных дара речи. Дальнейшее совершенствование Audeo будет во многом обусловлено прогрессом в области нанотехнологий. Вполне возможно, что очень скоро микроскопические сенсоры можно будет просто имплантировать в гортань и голосовые связки.
В 2007 году Майкл Каллахэн был признан «Студентом года» Америки за выдающиеся достижения в области электроники. «Знаменитый ученый Стивен Хокинг прикован к инвалидному креслу из-за амиотрофического склероза и абсолютно неподвижен. Но он смог сделать гениальные открытия в области космологии и квантовой гравитации благодаря единственному пальцу на руке, который, по счастливой случайности, сохранил подвижность, — поясняет свою миссию Майкл. — Этот палец позволил ему выражать свои гениальные мысли. К сожалению, десятки тысяч людей лишены даже этой последней ниточки, связывающей их с окружающим миром. Главная мечта всей моей жизни — помочь им».
Самые интересные новости из мира науки: свежие открытия, фотографии и невероятные факты у вас на почте.