Нейротон. Занимательные истории о нервном импульсе - Александр Иванович Волошин

Поскольку представительства различных органов (например, левой и правой руки) разнесены по коре на довольно большие расстояния, по локализации мю-ритма можно достаточно точно определить, движение какого исполнительного о́ргана воображает испытуемый. Поэтому НКИ, основанные на воображении движений различных органов тела, имеют наибольшую производительность, достигая скорости передачи информации до 35 бит в минуту.

НКИ, основанные на анализе паттернов ЭЭГ, соответствующих воображению различных движений, продолжают совершенствоваться как за счёт улучшения классификаторов НКИ, так и за счёт улучшения методов тренировки испытуемых.

Наиболее распространены НКИ, основанные на регистрации ЭЭГ, т. к. они являются неинвазивными и поэтому их использование не требует специальных медицинских показаний, кроме того, они дёшевы, компактны и транспортабельны.

Однако набирают популярность неинвазивные НКИ на основе наблюдения за гемодинамической активностью участков мозга, которая регистрируется с помощью функциональной магниторезонансной томографии (ФМРТ) или ближней инфракрасной спектроскопии (БИКС). Первая связана с изменением концентраций окисленного и восстановленного гемоглобина в областях мозга, где нейронная активность увеличена. Регистрация сигналов БИКС основана на зависимости поглощения инфракрасного излучения от концентрации окисленного и восстановленного гемоглобина.

В последние годы обсуждается даже фантастическая возможность введения в мозг через кровеносную систему так называемой нейронной пыли (neural dust) – множества микрочастиц, каждая из которых является пьезодатчиком, преобразующим электрическую активность мозга в ультразвуковой сигнал, регистрируемый на поверхности головы. В перспективе освоение этой технологии могло бы на порядки увеличить возможности НКИ.

1 Не связанный с проникновением через естественные внешние барьеры организма

2 Колебание P300 (по́зднее позитивное колебание). Впервые этот феномен был описан в 1965 г. С. Саттоном как позитивная волна ЭЭГ, амплитуда которой зависит не от физических характеристик стимула, а от степени неопределённости, разрешаемой при его предъявлении.

3 Бит – единица измерения количества информации. 1 бит информации – символ или сигнал, который может принимать два значения: включено или выключено, да или нет.

4 Электроокулография – исследование глазных мышц и наружного слоя сетчатки благодаря изменениям биопотенциалов во время движения глаза и стимуляции сетчатки, и переводу зарегистрированных изменений в графическое представление.

Экзокортекс

Развитие биоинженерии в далёком будущем может привести к появлению экзокортекса.

Экзокортекс (др. – греч. ἔξω [exō] – вне, снаружи; лат. cortex – кора) – внешняя система обработки информации, которая поможет усилить интеллект или выступить нейропротезом собственно ума.

Людей с вживлёнными подобными устройствами можно будет называть киборгами.

В дальнейшем, в качестве экзокортекса может быть использован мозг другого человека. Некоторые теоретики считают, что экзокортекс сможет дать возможность не только для загрузки сознания человека в компьютер, но и для объединения сознания нескольких людей.

Дорожная карта развития ИИ в России

Стоит ли этим заниматься? Получать образование, тратить время, ресурсы. Будет ли отдача?

В Предисловии я кратко упомянул, о международных программах исследования мозга. В этой главе предлагаю ознакомиться с предполагаемой российской программой.

CNews в конце июля 2019 года опубликовал оказавшийся в его распоряжении Проект дорожной карты по развитию направления «Нейротехнологии и искусственный интеллект» [48]. Документ подготовлен Сбербанком в рамках реализации мероприятий федерального проекта «Цифровые технологии» национальной программы «Цифровая экономика».

Параллельно Сбербанк подготовил другой документ на аналогичную тему – проект Национальной стратегии развития искусственного интеллекта. Документ был написан по поручению Президента России Владимира Путина, в ближайшее время ожидается подписание серии президентских указов по реализации данной стратегии.

Согласно материалам Дорожной карты, мировой рынок решений в сфере искусственного интеллекта (ИИ) в 2018 г. составил $21,5 млрд, а в 2024 г. он достигнет $137,5 млрд. Мировой рынок решений в сфере нейротехнологий в 2018 г. составил $1,3 млрд, в 2024 г. он увеличится до $7 млрд.

Семь субтехнологий искусственного интеллекта

Авторы документа разделяют искусственный интеллект на семь субтехнологий. В отношении каждой из них указывается уровень готовности технологии (УГТ) по шкале от 1 до 9.

УГТ с 1-й по 3-ю – это научные стадии, во время которых проводят научно-исследовательские работы, а в отношении самого́ продукта выявлены и опубликованы фундаментальные принципы.

УГТ 4 – 6 – это экспериментальная стадия, во время которой проводятся опытно-конструкторские работы. В отношении продукта созданы компоненты или макеты, которые проверены в лабораторных условиях.

Наконец, УГТ 7 – 9 – это рыночная стадия. Прототип продукта прошёл демонстрацию в эксплуатационных условиях и идёт подготовка предсерийного или серийного производства. Для каждой субтехнологии также приводится перечень технологий, которые через несколько лет трансформируются в различные решения.

Первая из субтехнологий – это компьютерное зрение: система решений, которые находят, отслеживают и классифицируют объекты. Уровень технологической готовности – шестой. Международными разработками для данной технологии являются технология искусственного восприятия DriveNet от NVidia, Intelligent Vision System от ITRI и интерфейс HoloActive Touch от BMW.

Российский опыт представлен беспилотным автомобилем от «Яндекса», платформой распознавания лиц VisionLabs Luna и голографическая AR-навигационной системой WayRay.

Вторая субтехнология – это обработка естественного языка: система решений, направленных на понимание языка и генерацию грамотного текста, а также создание более удобной формы взаимодействия компьютера и человека. Уровень технологической готовности для данной субтехнологии составляет 6.

Международный опыт в этой субтехнологии представлен виртуальным помощником Cortana в операционной системе Windows, голосовым помощником Siri от Apple и продуктами Gmail и DialogFlow от Google. Российскими продуктами в этой субтехнологии являются разработки ABBYY, голосовой помощник «Алиса» от «Яндекса» и библиотека диалоговых систем DeepPavlov.

Следующая субтехнология — это распознавание и синтез речи: система решений, позволяющих осуществлять перевод речевого запроса в текстовый вид, в том числе анализ тембра и тональности голоса, распознавание эмоций. Уровень технологического развития данной субтехнологии – пять.

Международные продукты в данной сфере представлены голосовым помощником Siri от Apple и решениями компании Call Miner. Российские продукты – это «Алиса» (Yandex. SpeechKit) «Яндекса» и решения компании ЦРТ.

Другая субтехнология – это рекомендательные системы и интеллектуальные системы поддержки принятия решений. Речь идёт о системе принятия решений, посредством которых процесс выполняется без участия человека, поддержка в выборе решения, а также предсказание объектов, которые будут интересны пользователю по информации его профиля. Уровень готовности технологии – 8.

Международными продуктами в данной области являются рекомендательная система от онлайн-кинотеатра Netflix и система снижения потребления топлива Airbus Fuel Consumption Cycle, разработанная корпорацией Airbus в сотрудничестве со «Сколтехом». Российскими продуктами являются робот «Вера» и голосовой помощник «Алиса» от «Яндекса».

Субтехнология «Перспективные методы и технологии в ИИ» представляет из себя методы и технологии, развитие которых влияет на все нынешние субтехнологии, а также на создание новых субтехнологий в области искусственного интеллекта. Уровень технологической готовности данной субтехнологии находится лишь на отметке 2.

Международные решения для данной субтехнологии представлены службой аналитики Azure Databricks от Microsoft и платформой для высокопроизводительного глубокого обучения NVidia TensorRT. Российские решения представлены продуктом Datana – разработка «Ланит» для управления технологическими и производственными процессами и платформой Smart Open Virtual Assistant для создания, обучения и использования виртуальных помощников.

Субтехнология «Нейропротезирование» представляет собой создание решений, позволяющих человеку взаимодействовать с различными устройствами, а также создание устройств, улучшающих физические и коммуникационные возможности человека. Уровень технологической готовности данной технологии – 5.

Международные продукты для данной субтехнологии представлены Neurosky – чипы для отслеживания мозговой активности человека – и носимым устройством Epoc+ от Emotiv для управления различными девайсами с помощью мозговых усилий. Российские разработки представлены продуктами от «EхoАтлет».

Заключительная субтехнология – это нейроинтерфейсы, нейростимулиция и нейросенсинг. Речь идёт о создании решений, позволяющих отслеживать и влиять на мозговую активность человека. Уровень технологической готовности находится лишь на отметке 3.

Международные продукты представлены устройствами для контроля состояния человека от Philips. Российские решения – это устройства компании «Викиум» для отслеживания, анализа и визуализации мозговой активности.

На реализацию мероприятий данной дорожной карты потребуется 100 млрд руб. до 2024 г. и 180 млрд руб. до 2030 г. В том числе 20 млрд руб. потребуется на финансирование фундаментальных исследований, 40 млрд руб. на поддержку разработок прототипов по всем субтехнологиям,