Category: технологии

Category was added automatically. Read all entries about "технологии".

homuncul

Нейронет и нейротех: ставки на будущее

Будущее знать невозможно, но можно посмотреть, кто и какие ставки делает. Например, какие типы исследований и разработок получают приоритетное финансирование, куда идут деньги. Какая логика за этим стоит. Это помогает увидеть вероятные сценарии будущего.

Мы попытались. Выкладываю текст -- это часть доклада ОС Нейронет, который вышел в конце года. В тексте обозначены два направления, две ставки на будущее, уже сделанные серьезными игроками: неинвазивные нейроинтерфейсы и биоэлектронная медицина (электроцевтика). На мой взгляд, здесь важнее даже не отдельные решения, а сама логика, побуждающая искать в этих направлениях.

Давно хотел, чтобы по электроцевтике была справка на русском, со ссылками, чтобы каждый раз не рассказывать, что такое и зачем. Вот, наконец, сделал.

Первый раздел можно опустить -- в нем переподтверждаем выводы предыдущего доклада.

Если заинтересует, текст выложен в трех вариантах, кому как удобнее читать:

Ссылка на сам доклад yadi.sk

Ну и понятно, что ставок реально больше, но эти две одни из ключевых.
homuncul

Интерфейс с облаком

Читается как научная фантастика. Группа ученых написала программный текст про отдаленное будущее, где граждане будут иметь прямую высокоскоростную связь мозга с интернетом. Авторы называют ее “интерфейс мозг-облако”. Реализуется через введение в пространство внутри черепа огромного флота микро- и наноботов, которые отслеживают каждый нейрон и его синапсы. Прямо так и пишут: direct monitoring of the brain’s ∼86 × 10^9 neurons and ∼2 × 10^14 synapses.

Я сам всячески приветствую игру воображения и бывает, вполне сознательно, повышаю ставки. Но все же не в научном журнале: тут даже на мой вкус изложено слишком лихо. Авторы даже подсчитали, что все введенные боты не превысят 9% объема мозга, что в пределах допустимого.

В чем я солидарен с ними -- в том, что микро- и наноботы неизбежны. Это путь, по которому пойдут самые передовые разработки вокруг интерфейсов и прочих нейротехнологий. В DARPA так и считают и играют на опережение, стимулируя исследования именно в этом направлении и демонстративно отмахиваясь от улучшения традиционных’ методов типа МРТ или ЭЭГ. Есть, однако, разница: снимать сигнал со всех клеток коры (вполне верю) и снимать со всех нейронов мозга в целом, включая мозжечок (а зачем, собственно?). Плюс авторы как-то уж совсем игнорируют вопрос обработки столь мощного потока данных в реальном времени, просто уповая на дальнейший прогресс IT технологий. Удивлен.

Впрочем, там и помимо обработки очень много вопросов, как практических, так и теоретических. Напр., авторами неявно подразумевается, что имея детальную картину активности всех клеток, мы сможем загружать знания и навыки в человека в готовом виде. Откуда это следует, неясно. Я специально посмотрел дату публикации и убедился, что она датирована не первого апреля.

Если же не привязываться к нереальным, на мой взгляд, ориентирам, посыл статьи сильно перекликается с текстом, который я писал на ту же тему: что нас ждет симбиоз человека и техносферы через подключение напрямую к мозгу. Правда, я писал в убеждении, что немного перегибаю, а оказалось что поскромничал, на фоне смелых редакторов Front. Neurosci.
Группа авторов: Human Brain/Cloud Interface
homuncul

О технологических вызовах в нейро

Если вдруг кому интересно текущее состояние передовых технологий вокруг нейро, то вот небольшой обзор. Я делал его в конце 2018 года для аналитической справки Отраслевого союза “Нейронет”. Формально он -- про технологические барьеры, которые необходимо преодолеть. В сущности, из текста вытекает картина текущего состояния и ближайших перспектив. В первом приближении, конечно, поскольку обзор краткий, без сильного ухода в детали.

Текст для узкой аудитории, не науч-поп. статья, с неизбежными отсылками на Нейронет, без картинок и насыщен терминами. Особо важным мне представляется раздел о применени нанотехнологий в нейро. Область новая, толком не исследована, полно низковисящих плодов, потенциальные возможности с запасом обходят все прочие решения.

Читать можно в medium или в google.docs

Аналитическая справка целиком выложена здесь. Но верстка там не для онлайн, а для печати.
homuncul

Прорывные нейротехнологии -- у военных

Программа N3 агентства DARPA, объявленная в 2018 году, определенно заслуживает пристального внимания. Как со стороны ученых в области нейронаук, так и со стороны тех, кто хочет (или по должности обязан) знать, какие технологии и возможности будут доступны в горизонте 10-15 лет.

Программа звучит как «Нехирургическая нейротехнология следующего поколения». Цель -- разработка неинвазивных ИМК высокого разрешения, которые обеспечат быстрое, эффективное и интуитивное взаимодействие солдат с военными системами. Если предыдущие программы DARPA были направлены на создание интерфейсов для восстановления раненых, то N3 заточена на применение нейронных интерфейсов в бою.

Как заявляет DARPA, они работают над усилением партнерства людей с компьютерными системами, чтобы идти в ногу с ожидаемой скоростью и сложностью будущих военных миссий. Крайне важно, чтобы военнослужащие могли в режиме реального времени и интуитивно взаимодействовать с интеллектуальными полуавтономными и автономными агентами, что невозможно при использовании обычных интерфейсов.

Абзац выше -- это, по сути, цитата.

Технологически задача состоит в том, чтобы неинвазивно, без хирургических операций, связываться с нервной тканью через череп, сохраняя при этом высокое пространственное и временное разрешение; причем как для записи, так и для стимуляции активности клеток.

Т.е. это должен быть двунаправленный интерфейс, позволяющий считывать сигнал из мозга и отправлять его в мозг. Категорий сигналов -- от шести и более в каждом направлении. Размер устройства -- в пределах 125 куб. см. И главное, оно устойчиво к движениям. Интерфейсы, что сегодня используют в медицине или научных исследованиях, нужно долго калибровать, а затем человек почти неподвижно сидит перед монитором.

Программа включает два типа технологий: неинвазивную и “слегка” инвазивную. Последняя допускает доставку вирусов, молекул, наночастиц и т.п., которые вводятся в мозг инъекцией, таблеткой или в виде спрея. Они усиливают или преобразуют сигнал от клеток таким образом, чтобы его могло считать внешнее устройство. В этом случае требование -- прибор должен регистрировать активность на уровне отдельных нейронов.

В DARPA считают, во-первых, что понадобятся новые решения в области физики рассеяния и ослабления сигналов при их прохождении через кожу, череп и ткань мозга; во-вторых, предлагают искать новые признаки активности нейронов, напр., оптические, акустические, магнитные. Отдельно прописано, что текущие методы, требующие громоздкого оборудования, типа МЭГ или МРТ, не будут рассматриваться. Улучшения в съеме ЭЭГ -- не предлагать.

В целом звучит довольно лихо для ближайших лет, но раз такая программа сформулирована, то, вероятно, некоторые идеи и технологические заделы уже имеются. Это жутко интригует.
Collapse )
homuncul

Замена органов: повернитесь к биологии, не отворачивайтесь от нее

Против искусственных почек, трахей, мочевых пузырей и разных органов и тканей пишет в Nature  профессор в McGowan Institute for Regenerative Medicine, зам. редактора журнала “Регенеративная медицина”. Против не в том смысле, что “деталь” человека, напечатанная на 3D принтере -- плохо, а в том, что это тупиковый путь, временное решение. Такое, как правило, не работает.

С 1990-х растет энтузиазм вокруг искусственных органов. Тканевые инженеры создают все более впечатляющие прототипы, придумывают трюки, как обмануть иммунную систему. Но профессор отмечает, почти все так и остаются демонстрациями, не уходя в медицину.

Главная причина: орган состоит из разных типов клеток, он должен быть пронизан сетью сосудов, нервных и лимфатических путей. Каждая клетка должна поверить, что она часть организма -- ей нужны правильная кислотность, механическое напряжение, концентрация кислорода, сигнальные молекулы, связи с другими клетками. Вы не можете это просто напечатать. Не говоря уже об иммунной системе -- она считает искусственный орган инородным телом, и атакует его. Тогда вам нужно либо постоянно её дурачить (что сложно), либо подавлять.

Где же выход?

Обратиться к ресурсам самого организма. Тот же аксолотль легко может отрастить заново лапу, даже часть мозга. Человек не может, но инструкции по созданию любой части тела у него есть, они “записаны в генах”. Профессор говорит: вместо того, чтобы прятаться от иммунной системы или бороться с ней, мы должны использовать ее силу. Лучшая стратегия -- не создавать детали и заплатки, а найти те сигналы, что управляют регенерацией.

Тканевая инженерия будущего выглядит так: делаем “заготовку” органа, помещаем его в тело и подаем команду. Используем организм как биореактор -- он делает основную работу.

Автор идет не в ногу с теми, кто любит фокусы типа “на 3D принтере напечатали ухо”. Кто видит ключ к успеху в развитии технологий: вот слепили “орган”, он быстро деградирует, отторгается, но мы доведем его до ума, сделаем биосовместимым. Ведь прогресс не остановить, будут новые материалы, новые решения. Тут не поспоришь, однако это -- парадоксально -- взгляд из прошлого, подход ХХ века. Правда за профессором.

Медицина будет уходить от грубой механики, все больше станет искать вдохновение в резервах самого организма. Здесь та же линия, о чем я писал по случаю сделки Google и GlaxoSmithKline. Повторюсь, идея глубже, чем вопрос “как заменить почку”. Речь о том, чтобы мыслить как биологи, а не как инженеры (хотя и это бывает полезно). Или еще шире -- изменить “объект” на “субъект”.

Тканевая инженерия, электроника, импланты -- будут развиваться, причем бурно и успешно. Мы станем киборгами, о чем я и сам писап. Но это будет связано больше с усилением, расширением наших возможностей, взаимодействием с техносредой. То, что умеет организм, лучше отдать ему, не делать его работу. По кр. мере до тех пор, пока мы от организма не откажемся (во что я в обозримом будущем не верю).

Perspective: Work with, not against, biology --Nature (08 December 2016)
homuncul

Запретные исследования

В MIT прошла мини-конференция по запретным исследованиям.
Она так и называлась: Forbidden Research, вот программа. Вот видеозапись.

Несколько раундов обсуждений (панелей) по разным темам. Защита информации, редактирование геномов, направленное изменение климата, ислам и безопасность, хакеры культуры и этики, сексуальные отклонения в VR.

З
анятный состав спикеров. Тут и Кори Доктроу, и Джорж Черч, и Эдвард Сноуден, и Джой Ито (директор MIT Media Lab) и даже Александра Элбакян (Sci-Hub).

Почему запретные? Потому что ряд исследований подпадают под ограничения, правовые либо моральные, и их трудно пробить. Но они могут дать сведения, которые нужны обществу. Эту мысль и взялись отстоять участники конференции.

Самой смелой или, по крайней мере, провокативной была тема: Sexual deviance: can technology protect our children?
Речь о том, что роботы всё больше станут походить на людей. Наша психика начнет наделять их “жизнью”. Из этого целый клубок следствий, меняющих нормы поведения. В том числе: роботы как секс-партнеры. Влюбленность, ревность, извращения.

1.jpg

Следом очевидный шаг -- секс-роботы могут иметь внешность ребенка. Как мы должны отнестись к этому? Что предпринять?

Можно ли надеяться, что роботы “примут на себя” агрессию педофилов и тем самым спасут реальных детей? Либо напротив, это детабуирует практику, послужит ей подкреплением и затронет детей еще сильнее?

2.jpg

У науки нет ответа. И его нельзя узнать без исследований -- скажем, в виртуальной среде (VR), как предлагает Kate Darling. Взаимотношения людей с роботами гораздо шире этой узкой темы, но именно её изучить труднее всего. По понятным причинам. Обратил внимание, что всё это перекликается с моим постом 2013 г. про издевательства людей над роботами.

Еще одна панель -- барьеры на пути распространения знаний. На связи Александра Элбакян, которой мы все обязаны Sci-Hub.

3.jpg

Жизнерадостная девушка с плохим английским, которая не может посетить Европу или США, поскольку считается “пиратом”. Приятно удивили как её готовность идти до конца (верит, что paywall обречен), так и аплодисменты зала: её действия illegal, но публика в MIT поддержала.

Выбор тем программы может казаться неполным и произвольным. Но здесь важен сам факт конференции. Я бы смотрел на это как на симптом. Ученые заговорили открыто: нужны перемены.

Наука может больше, чем общество готово ей позволить. Так было всегда, но сейчас, похоже, барьеры останавливают само развитие науки. Ряд вещей просто нельзя изучать. И эти вещи ключевые для общества: технология рождает вызовы, с которыми мы столкнемся уже скоро.

Проблема в том, что правила, по которым мы живем, регулируют мир 1990-х без всеохватного интернета 24/7, социальных сетей и технологий блокчейн. Без редактирования ДНК и синтеза организмов, доступного любителю. Без умных роботов, массовой безработицы и виртуальной реальности. Чтобы смягчить посадку в мир 2030-х (а он будет сильно другим), наука должна быть на шаг впереди. Она к тому времени уже должна знать ответы.

Сейчас технология все больше опережает знание. Это угроза. Лучше наоборот.

Думаю, к конференции так и стоит относиться: дискуссия открыта. Наверняка продолжится, вовлечет больше экспертов. И не так важны их ответы, как поставленные вопросы. Инициатором стала известная MIT Media Lab -- лишнее подтверждение, что там мыслят вдолгую.
homuncul

Копающийся в мозгах

В мае была громкая новость: механическая рука угадывает желания человека, получая сигналы от мозга. Статья вышла в Science (вот она), об этом везде писали. Продвижение достойное. Если у Донахью и Шварца протезы подключены к моторной коре пациенток, то в Калифонийском технологическом пошли другим путем вживили электродную матрицу в заднюю теменную область. Там, как полагают, рождаются двигательные намерения. Идея сработала. Парализованный смог управлять роботизированной конечностью, и ему достаточно было пожелать взять предмет. Всю работу робот выполнял сам, не требуя подробных команд типа «вперед-влево-вправо». Такое сценарное управление имеет свои минусы, но тут важен факт. Человеку достаточно вызвать желание и определить цель.

Вчера профессор Charles Liu, который делал имплантацию (на фото в халате), внезапно оказался в Москве. Это один из лучших нейрохирургов в США. Он рассказал, конечно, об эксперименте, но важнее были другие истории.



Liu приехал в рамках возникающего сотрудничества Caltech и USC с нашими специалистами. Александр Каплан воодушевленно поведал про совместный проект на платформе инвазивных нейроинтерфейсов, что в нынешних политических реалиях – почти чудо. В проект со стороны РФ вовлечены как минимум МГУ, НИИ нейрохирургии имени Н. Н. Бурденко, а также ИППИ (его директор дал понять, что институт займется распознаванием данных). По некоторым признакам, затевается интересное дело.

В ходе доклада Liu на отдельном слайде показал статью про электрические поля в мозге Ephaptic coupling to endogenous electric field activity: why bother? и призвал обратить внимание на физику мозга. Учитывая мой предыдущий пост, вечер удался. Также он подтвердил, что будущее нейромедицины за модуляцией (а не за лекарставами) – вывод, который уже ясен всем, кто регулярно следит за происходящим в этой области.



Он рассказал о планах создать нейрочип, который в ответ на патологическую активность нейронов дает импульсацию и так гасит эпилепсию. Идея витает в воздухе, этим заняты уже несколько команд, включая DARPA. Кроме того, он упомянул проект, который намерен сделать с Theodore W. Berger (тем самым, что протезирует гиппокамп). Это будет имплантируемая матрица, восстанавливающая функцию памяти. Тут важно, что технологии достигли уровня, когда такое становится возможным (см. также: Почему киборгизация неизбежна?)

Отмечу его характерное замечание: он сказал, что возможность осязать через протез не менее важна для больного, чем умение брать предметы. И еще не известно, что тот предпочтет, если поставить его перед выбором. Впрочем, ставить уже не придется.

Фото и видео по эксперименту с нейропротезом руки: vis.caltech.edu/media
homuncul

Нейроинтерфейсы: продолжать движение

В поисках хороших новостей обращайтесь к науке. Наука не подведет. Два года назад, если кто помнит, журнал Science одним из десяти научных прорывов признал успех группы Эндрю Шварца из Питтсбурга: парализованная женщина силой мысли управляла механической рукой [видео].

/

Она лежала поодаль от "руки", в голову были вживлены 192 электрода, сигналы от них шли в компьютер и после обработки попадали в контроллер протеза. У протеза имелась кисть, которая открывалась-закрывалась, запястье поворачивалось – женщина научилась движениям с семью степенями свободы. Это впечатляло. Пациентка могла взять банку с колой, поднести ее и выпить, а затем поставить пустую банку на место. Тут сложность в том, чтобы верно подвести кисть в нужное место, взять предмет и, не выронив, отправить его по нужной траектории, то есть к себе. На все – 192 сигнала.

Однако спустя два года выяснилось, что это не предел. Теперь эта женщина контролирует движения уже с десятью степенями свободы. Те же электроды, тот же протез, а репертуар и точность движений возросли. Теперь она может, например, не просто открыть или сомкнуть ладонь, но и отвести большой палец. Мозг продолжал учиться и адаптироваться к новой конечности. Алгоритмы извлечения сигналов стали эффективнее. Пациентка тренировалась, используя виртуальную реальность – управляла анимированной рукой.

То ли еще будет. Разработка матриц с десятками тысяч электродов даст контроль не над конечностью, а над искусственным телом. Аватары будут двигаться не хуже людей, а затем и лучше – вариативнее, точнее, стремительнее (робот от Boston Dynamics уже скачет галопом). Мы сейчас свидетели детства технологии, она еще кажется неуклюжей и громоздкой. Но это продлится недолго. Пока же можно посмотреть и запомнить, как все начиналось.




B Wodlinger et al 2015 -- Ten-dimensional anthropomorphic arm control in a human brain−machine interface: difficulties, solutions, and limitations -- Journal of Neural Engineering [Full Text]
homuncul

Чудо через два дня

Послезавтра стартует Кубок мира. Я не призываю вас смотреть футбол – кому интересно, знает и без меня. Рискну предположить, что вас совсем не трогает факт отсутствия на чемпионате Насрú и Мандандá. Однако церемонию открытия (заключительный ее фрагмент) взглянуть настоятельно рекомендую. Именно тогда произойдет необычное: впервые будет продемонстрирован экзоскелет, управляемый сигналами мозга человека.

Как это будет. На поле выкатят в инвалидных креслах восемь парализованных людей. Один из них встанет, подойдет к мячу и ударит по нему ногой. Что возвестит о начале турнира. Двигать конечностями будет экзоскелет, но команды ему пойдут прямиком от мозга. Человек должен мысленно представлять, как он встаёт, шагает и бьет по мячу. Снимаемая электроэнцефалограмма будет тут же передаваться в процессор, связанный с механической частью. Гибрид человека и машины впервые сделает полноценные шаги. Это вполне можно считать историческим событием почти такой же значимости, как шаги Армстронга на Луне. Научные и технологические усилия за этим стоят колоссальные. Не случайно человечество приблизилось к данной задаче только сейчас.

Правда и то, что организаторы серьезно рискуют. Если сигнал не считается правильно, человек может остановиться либо вообще упасть. Вся затея вылилась в довольно драматическую историю, главный герой которой – Мигель Николелис, знакомый некоторым читателям по постам в данном журнале. Профессор Университета Дюка, гений нейроинтерфейса. И один из тех, кто меняет мир.


Cоздатель и его детище.

Идея экзоскелета будоражила его давно, с тех самых пор, когда обезьяна в его американской лаборатории управляла шагающим роботом, находящимся в Японии. В голове обезьяны торчало несколько электродов, она шла по беговой дорожке, а считываемые сигналы мгновенно передавались по интернету японцам. С минимальной задержкой на экране все могли видеть (в том числе и обезьяна), как робот воспроизводит ее движения. Николелис понял, что наблюдает первые шаги в новую эру, где парализованные обретут возможность ходить.

Помимо прочего, он бразилец. А тут совпало – объявили, что ЧМ-2014 пройдет на его родине. Так возник проект Walk Again, финансируемый правительством Бразилии. И идея показать первый работающий прототип на весь мир, в день открытия. Однако правительство пожелало, чтобы технология не была инвазивной. Николелису пришлось принять сложное и рискованное решение: сигналы будут считываться с помощью ЭЭГ. Он никогда не использовал электроэнцефалограмму в экспериментах (ЭЭГ – гораздо менее точный метод), он всю жизнь вставлял электроды в мозг крыс и обезьян. Но деваться некуда, к тому же электроды требуют очень долгой предварительной работы (вживление, реабилитация, обучение, калибровка). А ощущение серьезного дедлайна возникло после того, как задержали сборку экзоскелетов. Он получил пару штук лишь в начале этого года. Так что Николелис сейчас поставил на кон свою профессиональную репутацию. Очень надеюсь, что у него все получится.

Экзоскелет уникален тем, что не просто пассивно реагирует на активность мозга. Он обладает обратной связью с человеком, подавая тактильный сигнал на его руку. В результате человек будет чувствовать давление ступней на поверхность и корректировать движение ног. Впрочем, лучше Николелис сам все расскажет и покажет:



Все эти дни в его бразильской лаборатории не прекращаются испытания. Он говорит, что уже удалось получить массу ценной информации. Так что в любом случае усилия не пропали даром. А ударит ли парализованный человек по мячу, мы узнаем 12-го июня.

Update. Судя по тому, что в трансляции этому уделили одну секунду, задуманное полностью осуществить не удалось. В последний момент решили не делать шагов и сократили до одного движения .. Подожду комментариев Николелиса. Но по сути - фейл и разочарование.

homuncul

Простое сочетание с большими возможностями

Фотограф дикой природы Will Burrard-Lucas активно пользуется дроном с прикрепленной камерой.
И без особых затрат и усилий снимает вот такую красоту (рекомендую включить HD).




Со временем, при полном покрытии планеты высокоскоростным интернетом, управлять дроном можно будет прямо из дома, даже находясь на другом континенте. И не просто снимать видео, но и вести прямую трансляцию в сеть. Допускаю, что небольшие летательные аппараты станут популярны и распространены так же, как сейчас смартфоны, то есть будут практически у каждого. А аренда дронов позволит рассматривать любой уголок Земли прямо сейчас, в динамике и высоком качестве. Кроме того, можно установить туда 3D камеру с обзором в 360° и подключить к шлему виртуальной реальности [недавняя сделка $2 млрд. между Facebook и Oculus показывает, что в VR устройствах видят новую глобальную технологию, которая завоюет мир]. Это даст очень яркие ощущения присутствия. Причем, человек будет знать, что наблюдает не запись, а происходящее в данную минуту. Давно мечтаю посмотреть футбольный матч с подвижных камер, свободно меняющих высоту, скорость и направление. Надеюсь дожить.

Еще Burrard-Lucas соорудил машинку на колесиках на дистанционном управлении. Она позволяет фотографировать животных вблизи, при минимальном вмешательстве в их жизнь. Получается вот так.



Collapse )