Ребята из пяти регионов России построят и обучат нейросеть, которая сможет правильно интерпретировать мозговые импульсы. Это позволит эффективно управлять протезом руки, даже если мышцы конечности не активны. Разработка ведется на научно-технологической программе «Большие вызовы» в образовательном центре «Сириус» по направлению «Нейротехнологии и природоподобные технологии».
Бионические протезы могут полностью или частично заменить функции утраченной конечности. Они работают благодаря нейрокомпьютерному интерфейсу, который оцифровывает сигналы мозга и использует их для управления протезом. Обычно эти сигналы поступают от ближайших мышц, но при некоторых заболеваниях или травмах их может не быть или их функция ухудшается. В таких случаях важно, чтобы протез мог отвечать прямо на сигналы мозга. Этого пытается добиться команда школьников в «Сириусе». Ученые по всему миру уже работают над созданием таких интерфейсов, но в производство они еще не внедрены.
На первом этапе ребята подкючали электроды к собственным мышцам и пытались управлять роботизированной рукой, чтобы оценить ее функциональность. Обнаруженные недостатки они исправили и подготовили протез для внедрения нейросети. Также школьники провели анализ рынка и целевой аудитории.
«C помощью электроэнцефалографии мы будем снимать электрические сигналы и использовать их для обучения нейросети. Напишем мы ее тоже сами – для меня это был важный фактор в выборе проекта. В нашей команде много программистов, которые уже работали с нейросетями, контроллерами, а некоторые и с протезами», – говорит восьмиклассник Владимир Наумов из Липецкой области. На программу он приехал с проектом приложения «Кибер-тренер», которое помогает правильно распределять физическую нагрузку и улучшать результаты.
Нейроны общаются импульсами, которые поступают на мембранные каналы и открывают их. Тогда внутрь либо наружу нейрона бегут ионы калия и натрия, и возникает электрический потенциал, который можно засечь с помощью электродов. Последние работают как вольтметры, снимая разность потенциалов между двумя точками. Запись колебаний этой разности и есть электроэнцефалография.
«На записи видны ритмы, возникающие при работе нейронов. Если часть из них выполняет одну задачу, они синхронизируются и работают в одном ритме. И тогда мы можем трактовать это как то, что человек мысленно захотел пошевелить пальцем. Используя методы математического анализа, мы преобразуем мозговые импульсы и синхронизацию группы нейронов в управляющий сигнал для протеза», – комментирует один из руководителей проекта Наталья Боева, главный специалист Центра по работе с одаренными детьми Дальневосточного федерального университета.
Школьники представят обученную нейросеть, готовую для внедрения в протез, на фестивале проектов в конце июля.
Текст: Алиса Горбачева, университет ИТМО
