В НГТУ НЭТИ разрабатывают метод персонализации интерфейса «мозг — компьютер»
В Новосибирском государственном техническом университете НЭТИ разрабатывают подход к учету индивидуальных особенностей пользователей для совершенствования интерфейсов «мозг — компьютер». Инновационный проект в области нейротехнологий в первую очередь направлен на помощь людям с ограниченными возможностями здоровья.
Ключевая идея проекта — создание персонализированной системы управления внешними устройствами на основе анализа мозговой активности. Система адаптируется под индивидуальные нейрофизиологические особенности каждого пользователя.
Интерфейс «мозг — компьютер» (ИМК) — это технология прямого обмена информацией между мозгом и электронным устройством без необходимости в непосредственном физическом взаимодействии с ним. Сигналы мозга регистрируются и преобразуются в команды для управления компьютером, роботизированными протезами или другими электронными устройствами. ИМК являются важным направлением в области медицины и нейрореабилитации, поскольку позволяют пациентам с двигательными нарушениями управлять внешними устройствами, применяются как вспомогательные системы для общения, набора текста, вызова помощи.
Как объяснил старший преподаватель кафедры систем сбора и обработки данных НГТУ НЭТИ Алексей Козин, в основе разрабатываемой системы лежит подход, основанный на устойчивых визуально вызванных потенциалах (SSVEP) — стабильных ритмах мозговой активности, которые возникают, когда человек смотрит на источник света, мерцающий с определенной частотой. Сосредоточив взгляд на нужном источнике, пользователь генерирует в своем мозге четкий сигнал, который система считывает и преобразует в команду.
По словам разработчика, традиционные интерфейсы «мозг — компьютер» на основе SSVEP-парадигмы используют один и тот же набор частот для всех пользователей. Однако реакция мозга разных людей на одну и ту же частоту фотостимула значительно отличается: у одного лучший отклик будет на 10 Гц, у другого — на 15 Гц, а у третьего самый четкий сигнал проявляется на удвоенной частоте. Для эффективной работы ИМК важна персонализация.
«Реакции каждого человека уникальны. Цель моей работы заключалась в том, чтобы придумать метод, который бы их учитывал. Мы подбираем для каждого пользователя набор из наиболее «отзывчивых» частот, на которые его мозг дает самый сильный и стабильный сигнал. Это значительно повышает скорость, точность и надежность управления», — рассказал Алексей Козин.
В рамках проекта была разработана аппаратная часть — фотостимулятор на 5—9 команд (устройство с набором мерцающих светодиодных панелей). Каждая светодиодная панель мигает с подобранной для пользователя частотой от 0,5 до 128 Гц. Концентрация внимания на одной из них вызывает в мозге пользователя соответствующий отклик. Специальное программное обеспечение позволяет гибко настраивать параметры частоты, яркости и цвета фотостимулов для каждого пользователя. Кроме того, автором проекта выполнена печать и сборка роботизированной руки-манипулятора, спроектирован блок управления ею. Роборука выполняет команды, распознанные интерфейсом «мозг — компьютер»: перемещается влево/вправо, вперед/назад, открывает и закрывает захват. Управление рукой осуществляется напрямую командами от нейроинтерфейса — в реальном времени выполняется классификация ЭЭГ-сигналов по беспроводному каналу и отправка соответствующих команд на контроллер роборуки.
Таким образом, разработан программно-аппаратный комплекс, объединяющий все необходимые этапы: регистрацию сигналов с гарнитуры, анализ реакции мозга пользователя на набор частот и составление его «персонального профиля», настройку фотосимулятора на оптимальные для пользователя частоты, распознавание команд в реальном времени и передача их для управления роботом или другими устройствами.
Проект направлен в первую очередь на помощь людям с ограниченными возможностями здоровья. Разработка делает технологию интерфейсов «мозг — компьютер» более эффективной и доступной для практического применения в таких областях, как нейрореабилитация, ассистивные устройства и умная домашняя среда. Как отмечает автор проекта, поскольку концепция интерфейсов «мозг — компьютер» проникает и в игровую индустрию, персонализация ИМК может также применяться в данной сфере.
В планах разработчика на будущее — совершенствование программной части персонализированного интерфейса «мозг — компьютер».
