В России создана читающая мысли инвалидная коляска: как она работает
Математики Института проблем машиноведения РАН и Санкт-Петербургского государственного университета разработали алгоритм управления передвижным инвалидным креслом с помощью сигналов прямо из головного мозга. Инновация была представлена ведущим разработчиком Александром Фрадковым на Конференции NeuroNT'2025.
Разработка выполнена в рамках кибернетической нейробиологии — нового раздела науки, который использует вычислительные методы для изучения работы нервной системы и их прикладного применения. Кибернетическая нейробиология объединяет методы теории управления и синтез обратных связей, получаемых с помощью неинвазивного приема и передачи сигналов мозга посредством электроэнецефалографии (ЭЭГ).
Нейротехнологии открывают широкий простор управлению различным оборудованием с помощью нейроинтерфейсов. Это роботы, роботизированные бионические протезы инвалидные коляски, а также медицинское диагностическое оборудование, незаменимое в неврологии, спинальной травматологии, лечении патологических состояний головного и спинного мозга. Модели нейронных ансамблей и отдельных участков коры мозга обеспечивают более глубокое понимание устройства и принципов работы центральной нервной системы.
Ученые вместе со студентами создали роботизированную инвалидную коляску, команды которой мозг пациента отдает напрямую, без участия рук, голоса, жестов или мимики (например, знаменитая коляска Стивена Хокинга работала с помощью анализатора движений глаз).
Российская разработка безошибочно понимает, когда пользователь хочет двигаться вправо или влево. Она реагирует на пожелания человека через ЭЭГ. Специальные алгоритмы анализируют активность мозга, выделяя сигналы, соответствующие командам двигаться вперед, повернуть или остановиться. Для дополнительной страховки используется адаптивный алгоритм Якубовича–Брэгмана и так называемая «неявная полоска», которая позволяет достоверно идентифицировать не вполне однозначный с точки зрения искусственного интеллекта сигнал.
В основе алгоритма — ступенчатая обработка мозговых сигналов. Она включает:
- Очистка ЭЭГ-данных от шума с помощью полосовых фильтров с выделением значимых частотных диапазонов;
- Анализ паттернов коровой активности;
- Сопоставление выделенных паттернов с предположительными намерениями отдающего команду пользователя;
- Исполнение команды.
Параметры нейронных ансамблей непрерывно адаптируются с учетом индивидуальных особенностей пользователя. Через короткое время коляска начинает понимать хозяина с полуслова (точнее, с «полумысли»). Она заранее предвосхищает команды и планирует сигналы электрическим приводам, обеспечивая плавное, комфортное и безопасное движение. Интерфейс становится переводчиком-синхронистом между мозгом и механикой.
Главные плюсы системы — неинвазивность и безграничная персонализация. Традиционные интерфейсы требовали имплантацию контактных элементов в кору головного мозга. Сейчас их заменили внешние датчики ЭЭГ. Алгоритм легко подстраивается под особенности мозга и субъективные данные пользователя.
Обучающийся интерфейс способен адаптироваться под новые команды, существенно расширяя предлагаемый перечень возможностей для ограниченного в подвижности индивида. Авторы проекта рассчитывают расширить применение алгоритма на управление экзоскелетом и умным домом.
