Что такое бионические протезы
Бионические протезы
Бионические протезы – это искусственные аналоги утраченных конечностей, по функциям максимально приближенные к действиям, которые человек привык совершать в обычной жизни.
Основная особенность биопротезов – способность условно полноценно выполнять функции утраченных конечностей.
Существуют бионические протезы рук и бионические протезы ног.
Бионические протезы рук
Александр Панкратов с бионическим протезом руки от ОРТОКОСМОС
Как это работает? С помощью современного оборудования, которое автоматически улавливает сигналы мышц. Если подробнее: датчики считывают электрический потенциал (триггер), вырабатываемый при напряжении мышечных тканей, сохранившихся после ампутации.
Бионические протезы дают возможность свободно совершать самые разные повседневные действия, которые невозможны или значительно затруднены при ношении любых других протезов.
Конечно, такой функционал позволяет человеку вести привычный образ жизни, не испытывая сильного дискомфорта от отсутствия конечности, без постоянной нужды просить помощи у окружающих. Люди, которые используют бионические протезы, в шутку называют себя киборгами. И этот тот самый случай, когда в шутке есть доля правды, ведь с каждым годом перспективы бионического протезирования расширяются.
Да, сегодня мы говорим о считывании мышечных сигналов и определенном количестве хватов (если речь идет о протезе руки) для той или иной модели протеза. Но уже в ближайшем будущем станут доступны варианты, управляемые исключительно «силой мысли».
Примечательно, что первые бионические протезы появились в… СССР еще в 60-х годах прошлого века.
Бионические протезы ног
Марина Карасева с бионическим протезом бедра от ОРТОКОСМОС
Под бионическими протезами ног подразумеваются протезы бедра, оснащенные современными электронными коленными модулями. В данном случае сигналы с мышц не считываются, но такие протезы тоже называют бионическими, так как с помощью «умных и самообучающихся» коленных модулей становится возможным практически полное воспроизведение естественной человеческой ходьбы.
Бионические протезы ног автоматически подстраиваются под скорость ходьбы, изменения нагрузки и реагируют на изменения рельефа местности.
Биопротезы дают возможность свободно и непринужденно совершать самые разные повседневные действия, которые невозможны или значительно затруднены при ношении любых других протезов.
Бионические протезы бедра при односторонней ампутации значительно разгружают здоровую ногу, а при двухсторонней – дарят человеку уверенность в передвижении, по сравнению с обычными протезами. Человек быстро восстанавливает возможность ходить с разной скоростью и там, где хочется. А главное – снова обретает веру в себя и свои силы.
Преимущества бионических протезов
Основа применения. Обеспечивается свобода движений, которую нельзя получить при применении протезов других видов.
Функционал. К примеру, современные бионические протезы рук позволяют делать от 14 разных хватов с возможностью ощущения силы хвата. Функционал таких протезов постоянно улучшается.
Дизайн. Сегодня для многих биопротез становится предметом гордости и самовыражения. Уже прошли те времена, когда люди стремились имитировать естественность и ничем не выделяться из толпы.
Недостатки бионических протезов
Роман Петушков (единственный шестикратный паралимпийский чемпион
за всю историю Паралимпийских игр) с протезом голени и бедра от ОРТОКОСМОС.
Цена. Причем это не только собственно протез, но и расходные силиконовые перчатки, аккумуляторы, зарядные устройства, при необходимости ремонт после окончания гарантии. Дорогая стоимость считается самым главным недостатком, все перечисленное ниже – скорее особенности применения, к которым нужно привыкнуть.
Чувствительность к влаге. Поэтому должна быть специальная защищающая перчатка на случай дождя или повышенной влажности. Принимать душ, посещать бассейн или плавать в открытом водоеме с таким протезом нельзя. Хотя уже сегодня есть протезы в которых можно не бояться ходить под дождем или мыть посуду.
Необходимость подзарядки. Работы аккумулятора хватает максимум на сутки. Это нужно учитывать, собираясь в дорогу или в путешествие.
Скорость реакции. Миоэлектрические датчики обычно срабатывают медленнее, чем привычная скорость действий человека. Это может раздражать, особенно в период привыкания. Иногда бывает, что датчики реагируют неправильно, ведь любая, даже самая продвинутая техника, может давать сбои.
Также наши клиенты выделяют такие недостатки, как покраснение кожи в первые дни ношения, сложности в адаптации и привыкании к протезу, мышечная усталость и даже некоторая непредсказуемость в управлении, когда человек спешит побыстрее освоить искусственную конечность. Однако эти моменты временные и в ходе привыкания для большинства перестают быть актуальными.
Ваш отзыв будет опубликован на сайте после модерации.
В своих интересах даю согласие ООО НПФ «Орто-Космос» (ОГРН 1025002027082) на обработку своих персональных данных, включающих фамилию, имя, отчество, контактный телефон, адрес электронной почты в целях получения необходимой информации о протезировании и ортезировании, консультации и записи на прием к специалистам.
Предоставляю ООО НПФ «Орто-Космос» право осуществлять действия (операции) с моими персональными данными, включая сбор, систематизацию, накопление, хранение, обновление, изменение, использование, обезличивание, блокирование, уничтожение. ООО НПФ «Орто-Космос» вправе обрабатывать мои персональные данные путем внесения их в личную электронную базу данных; вправе использовать информацию о моих персональных данных для связи со мной, в т.ч. для отправки электронных сообщений с информацией в рамках протезирования/ортезирования.
Настоящее согласие действует бессрочно до момента его отзыва мной путем направления соответствующего письменного обращения по адресу: 141004, Московская область, г. Мытищи, ул. Силикатная, д.18/1 с пометкой «Отзыв персональных данных».
Как работают бионические протезы
До недавнего времени протезы прикреплялись к человеческому телу механически и не имели никакой связи с нервной системой. Они могли сгибаться в своих железных шарнирах-суставах, но для выполнения каждого движения владельцу нужно было тем или иным образом регулировать поведение своего протеза, вручную обеспечивая обратную связь. Таким образом человек сигнализировал своей ноге, что впереди лужа и ее нужно обойти, а руке — что нужно аккуратно взять яйцо и приготовить яичницу или, наоборот, крепко зажать в руке инструмент. Чтобы научить человека управлять новой конечностью таким образом, требовалось долгое время, да и набор команд был довольно ограниченным, поэтому мелкая моторика оставляла желать лучшего.
Но ученые, вдохновленные воображением писателей-фантастов, смогли сделать невероятное — присоединить механическую руку к человеческой нервной системе.
Тимур Бергалиев, заведующий лабораторией прикладных кибернетических систем Московского физико-технического института, руководитель проекта GalvaniBionix: «Для управления протезами мы разрабатываем технологию, которая подстраивается под индивидуальность человека. На культе мы размещаем не одну пару электродов, как это обычно делается, а несколько. Чем больше электродов мы используем, тем большую выборку сигналов для анализа получим. Да, таким образом мы сильно усложняем работу компьютера, поскольку процессору сложнее анализировать множество сигналов. Но зато значительно упрощается жизнь пациента».
На перехват
Когда человеку без руки хочется пошевелить пальцем, мозг генерирует соответствующий сигнал, который идет по нервам, ведущим к мышцам конечности. Но, поскольку рука отсутствует, сигнал уходит «в пустоту». Но что, если где-то по пути «перехватить» нервные импульсы и на этой основе после анализа и обработки данных сформировать команды управления роботизированной рукой? Именно по этому пути идут многочисленные научные группы, стремясь разработать протезы, считывающие нервные сигналы и преобразующие их в движения.
В американских Хьюстонском университете и Университете Райса велись эксперименты со снятием моторных нервных сигналов методом электроэнцефалографии (ЭЭГ) с помощью электродов на коже головы. Сложность в том, что ЭЭГ — это набор большого количества разных сигналов, и задача выделить среди них те, которые управляют движением конечности, сродни поискам иголки в стоге сена.
Исследователи из Технического университета Чалмерса в Гетеборге (Швеция) совместно с коллегами из консорциума NEBIAS (проект нескольких европейских университетов) пошли другим путем. Вместо того чтобы располагать электроды на поверхности кожи, где полезный сигнал сильно зашумлен, ученые попытались уменьшить влияние помех, вшивая электроды под кожу. Но физиология каждого человека индивидуальна, и нельзя заранее сказать, где именно следует расположить электроды для максимального соотношения «сигнал-шум».
Самообучение роботов
В настоящее время самым перспективным методом управления бионическими протезами считается считывание электрических потенциалов с мышц культи — электромиография (ЭМГ). Такие высокотехнологические протезы уже вышли за пределы лабораторий и производятся серийно. Однако научить пациента правильно управлять протезом — все еще сложная проблема.
В лаборатории прикладных кибернетических систем Московского физико-технического института пытаются перевернуть эту проблему с головы на ноги, то есть «обучить» протез правильно понимать команды человеческого мозга. Команда GalvaniBionix, состоящая из студентов и аспирантов МФТИ во главе с заведующим лабораторией Тимуром Бергалиевым использует для считывания электрических потенциалов с мышц не одну пару электродов, а множество. Такой подход позволяет добиться значительного повышения уровня полезного сигнала и реализовать алгоритмы «самообучения». Каждая комбинация сигналов, пришедшая с разных электродов, соответствует определенному действию руки, а задача в том, чтобы составить библиотеку соответствий, к которой будет обращаться система при получении нового набора импульсов. «Программное обеспечение учится правильно распознавать команды мозга, подстраиваясь под конкретного человека, — объясняет Бергалиев. — Нам удалось продемонстрировать работоспособность прототипа системы: человек с ампутированной конечностью с помощью «мышечных сигналов» мог перемещать курсор по экрану. В дальнейшем мы планируем использовать алгоритмы машинного обучения для анализа частоты регистрации различных комбинаций сигналов и с помощью этих данных улучшить распознавание».
Позволяют работать с мелкими предметами, чувствуют боль, частично возвращают зрение: что могут бионические протезы Статьи редакции
Ежегодно в мире проводят более миллиона ампутаций — каждые 30 секунд. За год в США операцию проводят более 185 тысячам человек — около 400 ампутаций на миллион жителей. В России на миллион человек их более 500.
Ситуацию усложняет недоступность современных протезов — в мире один из десяти человек приобретает себе бионическую конечность.
Основная причина — сложность производства. Технология протезирования — это комплексная разработка. В ней применяют знания из инженерии, медицины, биологии и психологии. Добиться лёгкости и повышенной прочности протезов помогают материалы нового поколения, такие как углеродное волокно и легкие сплавы.
Компактные и эффективные двигатели, высокоёмкостные аккумуляторы помогают сделать эти устройства мобильными и простыми в использовании. Подобные технологии влияют положительно на качество современных протезов, но вызывают их удорожание.
Сосудистые заболевания — основная причина ампутаций — 54%, включая диабет и заболевания периферических артерий, а также травмы — 45%, рак — менее 2%.
Ампутации ниже колена наиболее распространенные — на них приходится 71% дисваскулярных ампутаций. Такие ампутации вызваны или приобретены из-за плохого сосудистого состояния конечности. До 2020 года ожидается увеличение ампутации ниже колена на 47%.
Большое влияние на доступность современных протезов оказала технология 3D-печати. Она позволяет быстро и легко создавать недорогие, но функциональные протезы, что снижает их конечную стоимость для потребителя и создаёт перспективы для развития отрасли.
Термин «bionic» придумал в 1958 году американский врач и военный Джек Стил во время аэрокосмических медицинских исследований. Слово образовано от древнегреческого «bios» и суффикса «-ic» — «единица жизни».
Джек Стил исследовал сложные природные процессы и структуры, после чего пытался перенести их полезные функции в технические разработки для военных США.
Его работы по бионике, а также исследования по кибернетике вдохновили писателя-фантаста и авиационного эксперта Мартина Кейдина — в 1972 году он выпустил книгу «Киборг», в которой сделал прямую отсылку на майора Джека Стила. Произведение легло в основу сериалов «Человек за шесть миллионов долларов» и «Бионическая женщина».
Бионика подарила миру застежку-липучку, биомиметическую шкуру акулы и одно из важнейших изобретений последних десятилетий — бионический протез.
Современные протезы глубоко интегрируются со своим владельцем — они имитируют естественные движения человека и отслеживают мышечную или нервную активность организма, а некоторыми из них можно управлять с помощью силы мысли.
В 2015 году Агентство перспективных исследовательских проектов в области обороны США (DARPA) провело пробный полёт на авиасимуляторе F-35, которым управляла парализованная женщина. Пара нейронных передатчиков преобразовывала её мысли в компьютерные команды, благодаря чему она успешно управляла самолетом.
Таким же образом она двигала механической рукой — сжимала и разжимала пальцы.
В 2019 году протезирование применяют в создании не только искусственных конечностей, но и создают первые прототипы органов, например, глаз.
Первые протезы появились более 3000 лет назад в Древнем Египте. При раскопках на ногах мумий археологи обнаружили деревянные пальцы — их использовали для того, чтобы избежать мозолей от ношения сандалий.
До недавнего времени современные протезы выполняли косметическую функцию — имитировали отсутствующую конечность. Но в последние десятилетия технология протезирования получила мощное развитие, во многом это произошло благодаря внедрению разработок из робототехники.
Современные бионические протезы практически не отличаются от настоящих биологических конечностей. Но это касается только их характеристик, а внешне протезы нового поколения не пытаются маскироваться и мало похожи на обычные ноги. Во многом они стали способом самовыражения — на них наклеивают языки пламени, рисуют футбольные логотипы, оставляют автографы и делают яркие принты.
Что такое нейропротезирование? Это вредно?
Что такое нейропротезирование? Это вредно?
Приходит время поздороваться с будущим: управляемые человеческим мозгом роботы уже начинают входить в нашу повседневную жизнь.
Автор
Редакторы
Статья на конкурс «био/мол/текст»: Раньше нам казалось, что протезы, управляемые нашим мозгом — это лишь плод воображения писателей и режиссеров фантастических фильмов, что это все будущее, и нам до него далеко. Но ведь это самое будущее уже наступает: благодаря развитию науки, в особенности нейробиологии и биоинженерии, многие люди, потерявшие конечности или парализованные, получили второй шанс. Шанс ощутить прикосновение любимого человека, шанс держать его за руку, шанс пройтись по улице, шанс видеть и слышать. Так что же такое нейропротезирование, как мозг может управлять протезом и как люди обретают второй шанс на нормальную жизнь?
Конкурс «био/мол/текст»-2017
Эта работа опубликована в номинации «Биомедицина сегодня и завтра» конкурса «био/мол/текст»-2017.
Генеральный спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.
Спонсором приза зрительских симпатий и партнером номинации «Биомедицина сегодня и завтра» выступила фирма «Инвитро».
Помните Капитана Крюка, который имел протез кисти в виде крюка? Разнообразие протезов, начиная с древности и до современности, заставляет нас удивляться, насколько изобретателен человеческий разум, создавший, например, протез пальца египтянки, жившей 3000 лет назад [1], железную руку Берлихингена и т.д. Однако люди, потерявшие конечность, больше не могли чувствовать ею что-либо. Возможно, это было одной из причин, по которой люди отказывались от протезов. И вот на смену обычным протезам пришли более прогрессивные, которые могут управляться «силой мысли», которые стали более удобными в использовании и не доставляют дискомфорта. Наступила эра нейропротезов!
Этап первый: кохлеарные аппараты
Самый популярный и самый первый по времени разработки — кохлеарный имплантат. В 1748 году Бенджамин Уилсон использовал лейденскую банку, чтобы стимулировать слух у глухой женщины. В 1957 году два французских врача имплантировали во внутреннее ухо пациенту устройство, которое непосредственно стимулировало слуховой нерв. Вскоре после этого в 1961 году доктор Уильям Хаус разработал первый кохлеарный имплантат с одноканальными электродами. Затем в конце 1970-х были разработаны имплантаты с многоканальными электродами [2]. Использование многоканального электрода позволило создать более сложный и реалистичный сигнал, за счет стимуляции улитки.
Имплантат состоит из внешней части, которая находится за ухом, и внутренней, которую хирургически помещают под кожу (рис. 1). Имплантат состоит из следующих устройств:
Рисунок 1. Схематическое изображение уха с кохлеарной имплантацией. Микрофон и речевой процессор (внешнее устройство) принимают звуковые сигналы от внешнего мира и передают информацию в приемник/стимулятор (внутреннее устройство), который соединен с электродной решеткой.
Имплантат не восстанавливает нормальный слух, зато помогает понять речь окружающих.
Кохлеарный аппарат сильно отличается от слухового аппарата тем, что слуховые аппараты усиливают звуки, чтобы их можно было обнаружить поврежденными ушами. Кохлеарные имплантаты обходят поврежденные участки уха и непосредственно стимулируют слуховой нерв. Сигналы, генерируемые имплантатом, отправляются через слуховой нерв в мозг, который распознает их как звук. Слух через кохлеарный имплантат отличается от обычного слуха и требует времени для изучения или переучивания. Благодаря имплантату люди могут понимать речь других людей и звуки окружающей среды.
Текущей областью исследования является разработка полностью имплантируемого устройства. Для воплощения этого в реальность нужно, чтобы микрофон был малым и очень чувствительным. Кроме того, аккумуляторная батарея должна иметь достаточно долгий срок службы и самозаряжаться, а вся система должна быть достаточно мала, чтобы полностью имплантироваться.
Этап второй: робо-руки и робо-ноги
Что такое интерфейс «мозг—компьютер»? Какие способы передачи сигналов существуют? Что такое неропротезирование? Это вредно? Предназначена ли протезная нога для каблуков?
Интерфейс «мозг—компьютер»
До недавнего времени мечта о возможности контролировать окружающую среду «силой мысли» была в области научной фантастики. Однако продвижение технологий принесло новую реальность: сегодня люди могут использовать электрические сигналы активности мозга, чтобы взаимодействовать с ними, влиять или изменять их среду. Технология интерфейса «мозг—компьютер» или нейрокомпьютерный интерфейс (НКИ) может позволить людям, неспособным говорить и/или использовать свои конечности, снова общаться или управлять вспомогательными устройствами для ходьбы и манипулирования объектами [3]. Пользователь и НКИ работают вместе. Пользователь после периода обучения начинает генерировать сигналы мозга, которые кодируют намерение, а НКИ, также после обучения, обнаруживает эти сигналы, декодирует и переводит их в команды на устройство вывода, которое выполняет намерение пользователя.
Что же такое нейропротезирование? Это вредно?
Нейропротезирование или нейронное протезирование — это область биомедицинской инженерии и нейробиологии, связанная с разработкой нейропротезов и их эксплуатацией. Систему впервые применили для замены сенсорной и двигательной функций. И ученые исследуют разные варианты доставки сигналов в нервную систему. На рисунке 2 изображены известные на данный момент способы [4].
Рисунок 2. Способы доставки сигналов от датчиков в нервную систему. Узловые сенсоры располагаются в местах сгибания механических пальцев. Контактные сенсоры — сенсоры, контактирующие с предметами. Чтобы увидеть рисунок в полном размере, нажмите на него.
Исследователи протезирования теперь пытаются предоставить протез, который будет чувствовать предметы не хуже настоящей руки, а возможно, даже лучше. Ведь такой протез может поднять предметы весом до 20 кг!
Способы доставки сигналов разделяются на электрическую стимуляцию нервов в культе (рис. 2а), перенаправление нервов на другие участки тела (например, на грудные мышцы) (рис. 2б) и прямое поступление импульсов в мозг и обратно (рис. 2в)
Что такое целевая реиннервация?
После ампутации конечности в организме остаются двигательные нервы, которые ее контролировали. Остатки нервов можно хирургическим путем перенести на маленький участок какой-нибудь крупной мышцы (это и называется реиннервацией). Например, к большой грудной мышце, если речь идет об ампутированной руке. В результате человек думает, что надо бы пошевелить пальцем. Мозг отправляет сигнал участку грудной мышцы, к которой присоединили нерв, шедший раньше к пальцам. Сигнал фиксируют электроды, которые отправляют импульс по проводам в процессор внутри роботической руки. Тут помогает электромиография. Эта технология позволяет регистрировать разность электрических потенциалов, возникающих при работе мышцы. Она улавливает движение реиннервированного участка грудной мышцы, после чего сигнал передается к нужной части протеза, и эта часть двигается.
Аналогичным образом осуществляется целевая сенсорная реиннервация. Она нужна для того, чтобы при помощи протеза человек мог чувствовать прикосновение, тепло или давление. Тут все в обратном порядке. Хирург перешивает уже оставшийся чувствительный нерв к участку кожи на груди. А сенсоры на протезе передают сигнал от прикосновения к этому самому кожному участку. И человек испытывает тактильные ощущения.
Первым пациентом, получившим эту «целевую реиннервацию», был Джесси Салливан, инженер-энергетик, который потерял обе руки из-за электрических ожогов. После того, как нервы рук были перенаправлены на его грудные мышцы, Салливан смог управлять протезными руками, просто думая о действиях (рис. 3). Но, к всеобщему удивлению, он также почувствовал, когда его груди коснулись. Будто бы коснулись его рук. Оказалось, что перенаправленные нервы вросли в кожу груди, и его мозг интерпретировал сенсорные сигналы в исходящие из его руки. Отдельные участки груди отвечали за касание ладони, другие же за касания пальцев и предплечья.
Рисунок 3. Джесси Салливан с нейропротезами.
Примером также может послужить Мелисса Лумис, проживающая в Кантоне, она потеряла руку в 2015 году. Ее покусал енот, и, хотя повреждения были не слишком сильными, инфекция, попавшая в рану, привела к сильному заражению. Очаг заражения находился в предплечье, которое пришлось ампутировать, поскольку под угрозой была жизнь пациентки. Женщине также сделали «целевую реинннервацию», только остатки нервов направили не на грудную мышцу, как было с Джесси, а в двуглавую мышцу плеча (видео).
«Я впервые чувствую предметы через протез», — говорит Мелисса.
Видео. Протез для Мелиссы.
А что, если связь нервов со спинным мозгом разорвана? Как тогда будут поступать сигналы в головной мозг от протеза?
Действительно, если разорвана связь со спинным мозгом вследствие травмы или заболевания, то методы перенаправления нервов или использование оставшихся нервов в культе не будут работать. Поэтому исследователи придумали другой изощренный подход: забраться в головной мозг (рис. 2в) и стимулировать определенный участок. Забраться в мозг не так уж и трудно, тем более что определенные участки мозга контролируют определенные части тела. Человеком, впервые испытавшим на себе такую методику, был 56-летний Билл Кочевар. Он оказался парализован в результате несчастного случая и смог пошевелить телом ниже плеч благодаря новой технологии имплантации.
Предназначена ли протезная нога для высоких каблуков?
Рисунок 4. Тестирование лодыжки.
Этап третий: бионический глаз — реальность или вымысел?
Со словами «бионический глаз» у нас ассоциируются самые разные вещи: у кого-то Терминатор, у кого-то Вселенная DC и комиксы, у кого-то высокие технологии протезирования, а у кого-то вообще нет никаких ассоциаций. Чем на самом деле является бионический глаз?
Рассмотрим рисунок 5.
Рисунок 5. Схема устройства Argus ll.
Миниатюрная камера, установленная на очках, используется для захвата изображения. Затем эти изображения анализирует портативный процессор и преобразует в электронный сигнал. Импульсы сигнала транслируются на имплантат по беспроводной сети через радиочастотные катушки. Полученный сигнал передается в электродную решетку, управляющую нервными элементами сетчатки (то есть биполярными и ганглиозными клетками) [6–8]. Именно здесь начинается обработка сигнала, и далее интегрируется, когда он проходит через зрительный нерв на зрительную кору для окончательного восприятия визуального изображения. Общая методика заключается в электрическом стимулировании зрительных путей с помощью протеза зрения или «бионического глаза». Суть стимуляции — в вызывании активности нейронов на участке, который остается функциональным независимо от основной причины слепоты.
Как мы остановим хакеров от вторжения в наши мозги, когда мы будем киборгами?
Стремительно развиваются взаимодействия между мозгом и компьютером. И эти технологии могут в конечном итоге превратить людей в настоящих киборгов. Однако до того как это случится, нам нужно удостовериться в безопасности нейронных устройств и защите их от хакерских угроз.
С мечтами о нашем светлом кибернетическом будущем исследователи опубликовали на портале Science свою работу Help, hope, and hype: ethical dimensions of neuroprosthetics [9]. Авторы поставили себе задачу не только описать те возможности, которые перед нами откроет сфера нейротехнологий, но и привелчь общественное внимание к тем опасностям, которые могут подстерегать нас на пути к этому сверхвысокотехнологичному будущему.
У всех таких технологий, к сожалению, есть и обратная сторона. Вокруг этой области начинают появляться серьезные этические вопросы, и поэтому самое время начать думать о том, каким образом нейропротезирование и сфера разработок мозг—машинных интерфейсов могут привести к злоупотреблениям в будущем, а также о том, как от этого защититься.
Уже сейчас мозг—машинные интерфейсы можно использовать для того, чтобы, управляя роботизированной рукой, схватить чашку или, смотря на экран компьютера, выбрать определенное слово в тексте. Но когда-нибудь такие устройства, только более продвинутые, будут использоваться как аварийным работником для ликвидации опасной утечки газа, так и мамой ребенка, у которой не хватает лишних рук, чтобы успокоить своего плачущего малыша. Что, если в этой ситуации что-то пойдет не так, например, робот-нянька случайно выронит ребенка? Важно задать себе вопрос: где начинается и заканчивается зона ответственности, и кто в таких случаях должен быть признан виновным? Была это ваша оплошность по невнимательности или ошибка робота? Как сравнить ответственность человека с нейропротезом и человека, случайно совершившего тот же проступок своими руками? Лежит ли ответственность за такие сбои на производителях? Или на ученых? Доверяя ребенка роботу, осознавали ли вы, что устройство может выйти из строя? Юридической системе будущего придется определять, находится ли нарушение в зоне ответственности производителя роботизированного изделия (в конструкции найден брак или программная ошибка) или пользователя (неправильное использование или внешнее неавторизованное воздействие на целостность конструкции).
Для минимизации таких потенциальных проблем авторы обсуждаемой работы предлагают, чтобы любая полуавтономная система оснащалась функцией автоматической блокировки, и в случае ненадлежащего или незапланированного использования эта функция активировалась в обход прямого канала взаимодействия «мозг—компьютер». Если искусственная конечность начнет выполнять действия, которые пользователь не подразумевал для выполнения, то такой «выключатель» сможет самостоятельно принять решение по мгновенной деактивации системы, предотвратив потенциальную беду.
Еще одним аспектом, беспокоящим исследователей, является безопасность частной жизни пользователя и необходимость в защите любой личной информации, которая будет записываться подобными системами. Весьма вероятно, что системы, базирующиеся на интерфейсе «мозг—компьютер», будут собирать самую различную информацию о неврологическом статусе пользователя, после чего она будет передаваться на компьютер. Естественно, что такая схема не может не вызывать некоторые опасения по поводу защиты конфиденциальных данных. По мнению исследователей, собираемая информация может быть украдена и использована ненадлежащим образом.
Еще сильнее исследователей беспокоит возможность цифрового взлома злоумышленниками подключенного к мозгу устройства, что может фактически поставить под угрозу жизнь пользователя этого устройства. С помощью так называемого «взлома мозга» могут производиться злонамеренные манипуляции с мозговыми имплантатами. Хакеры смогут получить контроль над движениями роботизированных конечностей человека.
Возможное решение этой проблемы будет включать повышенный уровень шифровки информации, создание надежной сетевой безопасности и открытого коммуникационного канала между производителем изделия и его пользователем. Настает время задуматься над путями, которые позволят всем выработать стандарты по разработке необходимых защитных мер.
В перспективе неинвазивные интерфейсы «мозг—компьютер» можно будет использовать для создания своего рода телекинетической связи с окружающим миром, в котором мы своими мыслями сможем управлять освещением в доме или хотя бы просто переключать телеканалы. Другими словами, дальнейший прогресс будет способен превратить эти технологии в технологический вид телепатии. Что же касается исследователей, то их ключевой посыл заключается в том, чтобы мы были готовы к этому и смогли предотвратить использование подобных технологий в злонамеренных целях.
Заключение
Нейропротезирование — глобальная тема для будущего. Технологии становятся реальностью благодаря усердному труду ученых. Возможно, в будущем ученые разработают когнитивные имплантаты, делая нас более умными и сильными. Станем ли мы киберобществом [10]?