спецпроект
Большая игра на «нейро»
Как устроен и над чем работает Центр нейротехнологии и машинного обучения БФУ им. Канта
Не все об этом знают, однако в последнее десятилетие БФУ имени Канта превратился в большой научный центр. С университетом считаются, полагают важным и нужным сотрудничать другие ученые, часто очень известные, — не только в России, но и за рубежом. О его исследованиях пишут серьезные журналы, разработки внедряются, здесь на самом деле кипит жизнь.

И сейчас увлеченному наукой калининградскому школьнику нет необходимости поступать куда-то далеко — все нужное для того, чтобы шагнуть в большое будущее, есть здесь. Современное образование устроено так, что, не выезжая за пределы Калининграда, ты можешь попасть в лабораторию к доктору наук, работающему с ведущими университетами мира. И таких примеров в БФУ сейчас масса. Сегодня мы начинаем рассказывать о самых ярких из них.
Итак, Центр нейротехнологии и машинного обучения БФУ им. Канта. Начинался с научной группы, которая занималась разработками на стыке многих наук: математики, физики, биологии, медицины и т. д. После появления «Проекта 5−100» — государственной программы по повышению конкурентоспособности ведущих российских университетов — к работе в Центре удалось привлечь ведущих ученых, например доктора биологических наук, профессора Александра Каплана, который является основоположником разработок в сфере мозг-компьютерных интерфейсов в России; сейчас в лаборатории Центра работают два его аспиранта. Также в состав Центра входит группа доктора физико-математических наук профессора Александра Храмова (нелинейная физика, нейронаука, интеллектуальные системы и робототехника). Еще одна группа — это ученые, работающие с доктором физико-математических наук Виктором Казанцевым (нейроморфная робототехника, умная робототехника: например, сейчас они разрабатывают биоинспирированного робота «Рыба-тунец» для изучения биозапасов Мирового океана).
Наталья Шушарина, руководитель Центра нейротехнологии и машинного обучения
«Таким образом, сегодня Центр нейротехнологии и машинного обучения БФУ состоит из 36 сотрудников, из которых молодых аспирантов и студентов 12, остальные — кандидаты и доктора наук. В октябре в Калининграде его усилиями состоится глобальный международный форум по нейронаукам (Baltic Forum: Neuroscience, Artificial Intelligence and Complex Systems)», — рассказывает руководитель Центра Наталья Шушарина. Всего предусмотрено 4 секции: по искусственному интеллекту, сложным системам, нейротехнологиям и нейробиологии; мероприятие будет проходить на английском языке, каждую секцию возглавит, по ее оценке, ведущий мировой ученый в соответствующей области — пожалуй, лучшей характеристики роли научного «блока» БФУ не может быть. Чем еще живет Центр сейчас? Мы попросили Наталью Шушарину рассказать об этом подробнее.
О предмете изучения
Нет, нельзя сказать, что мы изучаем мозг — мы все-таки изучаем человека и его когнитивные функции. То есть, не просто биологию — все эти синапсы, нейроны и так далее — а именно целостную систему, которая даже сама до конца не «подозревает», что она может на самом деле. Мы пытаемся «спроецировать» на искусственный интеллект принципы нашего мышления, принятия решений. Мы многое знаем о биологическом устройстве мозга, но до конца не понимаем, как именно взаимодействие определенных групп нейронов порождает то, что называется разумом. Процессы формирования нейронных связей, эмоциональное восприятие, когнитивные функции, память — вот, что нас интересуют.
О решении побочных проблем
Цель наших исследований — создать полноценный искусственный интеллект. На сегодняшний день его не существует, а все современные алгоритмы «искусственного интеллекта» не могут выйти за пределы того, чему их научили. Но искусственный интеллект — «далекая звезда», по пути к которой можно решить много других «побочных» проблем. Взять, к примеру, сферу образования. Алгоритмы машинного обучения способны помочь ребенку выбрать свою учебную траекторию, и даже сделать ее более персонализированной. Чтобы он не шел в медицину только потому, что там мама, папа, бабушка и он «должен» продолжить эту врачебную династию. А может быть, ребенок великолепно выращивает цветы, любит их — он будет замечательным флористом. И наша задача — найти этот его талант, показать родителям, убедить их, что ребенку будет лучше следовать своему призванию. Но для этого нужно собрать огромное количество данных, проанализировать их, создать персональную модель для ребенка — все это можно сделать с помощью машинного обучения.
BALALAIKA — «визитная карточка» Центра
Это разработка 2018 года, многофункциональный нейроприбор, включенный РИА НАУКА в список «10 изобретений российских ученых, способных изменить мир». В 2019 году ученые БФУ победили с ней на престижных международных соревнованиях ассистивных технологий «Нейротлон».
Все началось с того, что мы в 14 году являлись соавторами публичного аналитического доклада о нейротехнологиях. Он был направлен правительству нашей страны, а вскоре после этого было принято решение о выделении нейротехнологий в разряд приоритетных направлений развития Российской Федерации. Во время составления доклада мы анализировали то, что происходит в мире. И заметили, что США, Япония, европейские страны — все работают над созданием мозг-компьютерных интерфейсов. Нам было интересно разобраться в том, где подобные устройства можно применять, зачем они нужны — мы задумались о том, кто является целевой группой потребления подобных интерфейсов. И поняли, что это люди с ограниченными возможностями. Например, сейчас есть опции управления инвалидной коляской не только руками, но и другими частями тела. Но мы пошли дальше и решили сделать интерфейс, который позволил бы контролировать внешние устройства с помощью мыслей, чтобы импульсная активность головного мозга напрямую проецировалась в управляющие команды.
Об усовершенствовании BALALAIKи и о том, к чему оно привело
Сейчас это уже не мозг-компьютерный интерфейс, как мы его представили изначально, а исследовательская платформа.
Мы начали думать над тем, как можно усовершенствовать мозг-компьютерный интерфейс. И поняли, что основное его достоинство — все управление осуществляется только при помощи мыслей — еще и главный недостаток. Если человек отвлекся, задумался — его коляска может поехать совсем не туда, куда надо. Поэтому мы задействовали мышцы, глаза, различные физиологические параметры, биометрические показатели (ЭКГ, оксигенация крови и многое другое) и внедрили все это в наше устройство. И сейчас это уже не мозг-компьютерный интерфейс, как мы его представили изначально. Это исследовательская платформа, которая собирает разнородные сигналы и комбинирует их. То есть происходит слияние сигналов, что увеличивает доступную нам информацию и позволяет более качественно распознавать намерения человека. В результате ошибки в командах сводятся к минимуму, а время задержки передачи управляющих сигналов на внешнее устройство становится оптимальным.

Плюс уникальность нашего подхода заключалась в том, что мы предусмотрели систему plug&play. Например, мне не нужно считывать движения глаз и тратить на это заряд аккумулятора. Лучше я эти «глаза» уберу и оставлю себе блоки работы с мышцами и головным мозгом, чтобы увеличить время работы устройства. И в системе plug&play любой пользователь может либо отключать какие-то блоки, либо добавлять новые, потому что сделать это очень легко. И вот родилась наша любимая BALALAIKA. А в том, насколько хорошо она работает, все убедились, когда девушка-инвалид с ее помощью заняла первое место на «Нейротлоне».
О «проклятье пыльного угла»
Как и все разработчики, мы опасаемся проклятья пыльного угла. Так называется ситуация, когда ученый что-то создаёт — а потом это никому не надо и покрывается пылью в углу. Вот это самое страшное, когда ты бросаешь все силы, все эмоции на создание чего-то, что оказывается невостребованным. И поэтому в нашем центре востребованы абсолютно все разработки — они нашли применение в жизни. Ведь BALALAIKA послужила платформой и для дальнейших исследований, например  для определения и нормализации эмоционального статуса пользователя.
О новых разработках
На платформе BALALAIKи основана система управления экзоскелетной конструкцией, которую разработал наш Центр. Может быть, видели фильмы, где человек управляет роботом удаленно? Речь именно об этом — но в нашем случае это не фантастика, а реальность. Оператор двигает рукой, а находящийся на дистанции робот (в нашем случае — экзопротез) воспринимает все команды и повторяет каждое движение.
Все люди, которые участвовали в испытаниях устройства, очень нас благодарили.
Одна из последних разработок — перчатка-антитремор. Тоже на основе BALALAIKи: у пациента замеряется частота тремора, потом данные вносятся в ПО, выбирается оптимальная частота электрической стимуляции. Далее проводится процедура — человек просто сидит в перчатках, его нервные окончания стимулируются в течение 40 минут, а потом до конца дня тремора нет. Пациент полностью избавляется от проблемы, которая мешает ему катастрофически, не давая делать элементарных вещей — застегнуть пуговицу, поднести ложку ко рту. Все люди, которые участвовали в испытаниях устройства, очень нас благодарили. И это лучше всего говорит о том, что такая разработка очень нужна. Сейчас мы планируем наладить производство такой перчатки и начать продажи. Основные испытания подходят к концу, результаты по ним отличные, так что с необходимой сертификацией проблем быть не должно.
О производстве и о том, как продавать конечный продукт
Это самый сложный вопрос, потому что в России в целом есть огромная проблема нехватки технологических предпринимателей. Я как ученый, разработчик, вся наша группа — умеем создавать, исследовать, но мы не умеем продавать. И вопрос не в том, как мы будем создавать (наличие производственной базы, сложности транспортировки разработок из Калининградской области) — это можно сделать где угодно в России, арендовать какие-то мощности в Москве, они «напечатают» такие перчатки — это несложно. Самое трудное — продать. Нужно найти человека, который этим загорится, он должен «верить» в устройство. Продавать наукоемкие разработки очень сложно — с их покупателем нужно уметь разговаривать. Это огромная проблема. Сейчас мы в БФУ пытаемся ввести блоки технологического предпринимательства. Такие есть в программах разных университетов, но ошибка заключается в том, что эти блоки должны вести не преподаватели, а представители реального сектора экономики, которые хоть раз, но продали и на своей успешной практике учат студентов. Но самое главное — это тоже люди с горящими глазами, увлеченные идеей! И, должна сказать, у нас в регионе неплохой конгломерат бизнесменов, которые идут нам навстречу.
© 2021, «Новый Калининград», 18+

Автор: Оксана Ошевская
Визуализация: Денис Туголуков
Выпускающий редактор: Оксана Шевченко
Фото: Балтийский федеральный университет им. И. Канта

Реклама