Проектировщики нейроинтерфейсов: как они связывают мозг с компьютером

Кто такой проектировщик нейроинтерфейсов

Проектировщик нейрокомпьютерных интерфейсов — это специалист, который разрабатывает интерфейсы, совместимые с нервной системой человека. Технология позволяет управлять внешними устройствами — приложениями, протезами, роботами, домашними и производственными приборами с учетом психологии и физиологии пользователя. Так, например, ученые из итальянского Университета Падуи создали шлем, который расшифровывает сигналы мозга и позволяет парализованным людям управлять инвалидным креслом силой мысли.

Нейроинтерфейсы могут работать в двух направлениях — считывать сигналы мозга для управления внешними устройствами или улучшать работу самого мозга, например при болезни Альцгеймера.

Кроме того, нейроинтерфейсы по характеру расположения датчиков делятся еще на несколько типов:

• инвазивные: электроды вживляются непосредственно в мозг;
• частично инвазивные: электроды размещаются на поверхности мозга;
• неинвазивные: электрические сигналы из мозга фиксируются устройствами, расположенными на коже головы.

Сегодня один из самых известных стартапов среди инвазивных нейроинтерфейсов — компания Neuralink Илона Маска. Это чип размером меньше монеты, который имплантируется в мозг. В марте 2024 года Neuralink показала, как парализованный ниже плеч американец Нолан Арбо играет в шахматы на компьютере с помощью вживленного в мозг чипа. Так, 29-летний пациент смог водить курсором мышки буквально силой мысли. Мужчина рассказал, что благодаря нейроинтерфейсу смог играть и в Civilization VI «восемь часов подряд». Маск заявил, что Neuralink планирует разработать похожий продукт для незрячих, чтобы те могли видеть. По его словам, чипы уже успешно испытали на слепых обезьянах и ни одна не погибла и не получила травм.

Ключевые навыки проектировщика нейроинтерфейсов

Разработка нейроинтерфейсов требует знаний и навыков сразу в нескольких областях — биомедицинской инженерии, нейрохирургии и информационных технологиях.

Чтобы связать мозг человека с компьютером, проектировщик нейроинтерфейсов должен обладать следующими компетенциями.

• Разработка устройств, которые эффективно и безопасно считывают электронные сигналы из мозга.
• Создание алгоритмов для регистрации и расшифровки мозговых сигналов для передачи внешним устройствам.
• Объединение систем нейроинтерфейсов с внешними устройствами.
• Создание понятных и эффективных пользовательских интерфейсов, которые позволят человеку легко взаимодействовать с технологиями «мозг — компьютер».
• Соблюдение этических стандартов и нормативных требований при создании и использовании технологий, которые контактируют с мозгом и воздействуют на его активность.
• Умение работать в сотрудничестве с нейробиологами, инженерами, программистами и другими специалистами для разработки и усовершенствования нейроинтерфейсных технологий.

Откуда придет профессия

Первым прототипом нейроинтерфейса считается электродное устройство Stimoceiver, изобретенное в 1950-х. Его испытали на мозге быка, заставив животное изменить направление движения. Постепенно функционал нейроинтерфейсов стали использовать в медицине и протезировании. В 1972 году ученые выпустили первый нейропротез для глухих — кохлеарный имплант, которым, по данным за 2019-й, пользовались более 700 тыс. человек в мире.

В 1998 году американский невролог Филипп Кеннеди впервые вживил нейроинтерфейс в мозг Джонни Рея, художника и музыканта, который был полностью парализован из-за травмы ствола головного мозга. Он управлял курсором на мониторе, представляя движения рук. В 2004-м появился электронный нейрочип от Cyberkinetics Inc., который вживили парализованному американцу Мэтью Бейглу, чтобы тот мог управлять роборукой при помощи мозга.

За последние годы появилось еще больше технологий в области нейропротезирования. В 2016 году ученые из Германии, Швейцарии и США с помощью нейроинтерфейса смогли частично восстановить поврежденный спинной мозг пациента. В том же году британец Нил Харбиссон, от рождения не различающий цвета, разработал специальную камеру: она преобразовывает цвет в звуки и посылает во внутреннее ухо. А в 2021-м группа исследователей из Калифорнии создала нейропротез, который помогает улучшить память на 30%.

Кроме того, нейроинтерфейсы используются для развлечений: например, в игре The Force Trainer есть устройство с голографическими объектами внутри. С помощью нейрогарнитуры ими можно управлять силой мысли.

Тренды и направления профессии

Нейроинтерфейсы «мозг — компьютер» вошли в топ-7 технологий, за которыми стоит следить в 2024 году, по версии журнала Nature. Согласно исследованию аналитической компании StartUs Insights, успешная имплантация чипа от Neuralink ознаменовала монументальный скачок в развитии области нейроинтерфейсов. Тем временем компания Synchron также создает и уже внедряет чипы в человеческий мозг и тоже наращивает производство, что подчеркивает конкурентный и динамичный характер отрасли.

По прогнозам, к 2032 году рынок BCI (Brain-Сomputer Interfaces) достигнет $3,26 млрд, что может радикально изменить мировую экономику. Однако чем дальше заходят эксперименты в отрасли, тем больше проектировщиков волнуют этические проблемы: так, например, в Китае установили этические критерии для исследований BCI.

Тем не менее применение нейроинтерфейсов расширяется и выходит за пределы медицинских практик. Нейрогейминг вот-вот произведет революцию в игровом бизнесе, технология может также помочь в освоении космоса. Исследователи из NASA и Европейского космического агентства видят в применении нейроинтерфейсов ряд преимуществ. Эта технология дает возможность отдавать команды устройствам с минимальными задержками и высокой точностью, управлять приборами и оборудованием в условиях ограниченной подвижности, а также восстанавливать функции мозга, которые могут ухудшаться из-за микрогравитации.

Как стать проектировщиком нейроинтерфейсов

В России отдельные исследования в области нейроинтерфейсов проводят на биофаке МГУ, в Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии (ИВНД) и в Центре биоэлектрических интерфейсов (ЦБИ) НИУ ВШЭ. Пока в вузах страны нет возможности получить образование по специальности «проектировщик нейроинтерфейсов», однако будет полезным освоить науки, которые лежат в основе этой профессии. Так, например, можно получить биоинженерное или электротехническое образование с дополнительными знаниями в области биологии. Или же стать нейрофизиологом либо нейробиологом и дополнительно изучать программирование.

По этим и другим смежным направлениям вузы предлагают следующие программы:

• «Биотехнические и медицинские аппараты и системы» в Московском авиационном институте (МАИ).
• «Биотехнические системы и технологии» в Московском институте электронной техники (МИЭТ).
• «Нейротехнологии и программирование» в Институте точной механики и оптики (ИТМО).
• «Эргономический анализ интерфейсов и перспективных технических систем» в Московском политехе.