'
Кожухов Д.А., Пименкова А.А., Данилов А.А.
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СЛОЖНОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ИНТЕРФЕЙСОВ НЕЙРОУПРАВЛЕНИЯ *
Аннотация:
в работе рассматриваются актуальные вопросы нейроуправления, заключающиеся в широком использовании систем ИИ, а также разностороннего рассмотрения проблем, которые за собой скрывает данная предметная область. Приводятся принципы, алгоритм и схема, а также анализ проблем в заключении.
Ключевые слова:
ЭЭГ, нейроуправление, искусственный интеллект, научные исследования, нейрофидбэк, проектирование процессов
1. Исследование Нейрофидбека.Нейрофидбек, или биологическая обратная связь, представляет собой метод, который позволяет людям регулировать свою мозговую активность с помощью результатов, получаемых от электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Этот подход основан на принципах нейропсихологии и нейробиологии и имеет множество применений в различных областях.К основным аспектам нейрофидбэка относят следующие принципы и преимущества:Нейрофидбек является безопасным методом, не требующим медикаментозного лечения, что делает его привлекательным для детей и подростков, страдающих от различных расстройств, таких как СДВГ и аутизм.Метод позволяет пользователям обучаться регулировать свои мозговые волны, что может привести к улучшению концентрации, мотивации и эмоционального состояния.Нейрофидбек использует нейроинтерфейсы для связи мозга с внешними устройствами, что позволяет визуализировать и анализировать мозговую активность в реальном времени.Сферы применения нейрофидбэка:Нейрофидбек активно используется в психотерапии и реабилитации, помогая пациентам справляться с тревожностью, депрессией и другими психическими расстройствами.Спортсмены используют нейрофидбек для улучшения своей концентрации и психической устойчивости, что может повысить их результаты.Более того, существуют исследования, подтверждающие эффективность нейрофидбека в лечении различных расстройств, однако некоторые ученые указывают на необходимость дополнительных исследований для подтверждения долгосрочных результатов. Однако, некоторые эксперты выражают сомнения в универсальности метода и его применимости к различным группам населения, подчеркивая необходимость индивидуального подхода [2].2. Исследование Нейроконтроля.Ключевой темой исследования нейроконтроля с помощью нейрогарнитур является рассмотрение нейроинтерфейсов как основы данного направления нейроуправления.Нейроинтерфейсы, которые представляют собой технологии, связывающие нервную систему с внешним миром — это программно-аппаратные комплексы, направленные на сбор, кратковременное хранение и обработку информации.Нейронные интерфейсы позволяют записывать и стимулировать нейронные сигналы, что помогает управлять протезами, компьютерами и другими устройствами. Основная цель заключается в создании возможности коммуникации между различными элементами системы, которая бы, с одной стороны, отражала реальные намерения человека, через собранную и обработанную в нейроинформацию, а с другой – могла бы представлять её в виде понятных запросов и команд к различным программно-аппаратным системам.Технология искусственного интеллекта (ИИ) может быть применена для оптимизации работы нейроинтерфейсов. В частности, с помощью подобного инструмента можно решить следующие задачи:ИИ может быть использован для разработки алгоритмов, которые классифицируют мозговую активность на основе электроэнцефалограмм (ЭЭГ) или других нейрофизиологических сигналов. Подобное решение сможет помочь в распознавании намерений пользователя и управлении устройствами с помощью мыслей.ИИ может анализировать мозговую активность и прогнозировать намерения пользователя на основе предыдущих образцов. Получив типовые шаблоны поведения, можно создавать адаптивные нейроинтерфейсы, которые могут предугадывать действия пользователя и реагировать соответствующим образом.ИИ позволяет автоматически оптимизировать параметры нейроинтерфейса под индивидуальные особенности пользователя, обеспечивая более точную интерпретацию нейросигналов и сокращая время задержки обратной связи.Подобные решения позволяют оптимизировать работу нейроинтерфейсов, сделать их более точными, надежными и удобными для пользователя [5].Существует два наиболее перспективных и интересных направления применения нейроинтерфейсов: нейропротезирование и нейрокомпьютерные интерфейсы (BCI).Нейропротезирование – технология, позволяющая компенсировать утраченные двигательные функции и дающая возможность пациентам с ампутациями или параличом осуществлять точный контроль искусственных конечностей через декодирование нейронных сигналов.Нейрокомпьютерные интерфейсы (BCI) обеспечивает прямой канал связи между мозгом и электронными устройствами. Эта технология особенно важна для людей с тяжелыми формами двигательных нарушений, позволяя им взаимодействовать с компьютерами, протезами и другими системами исключительно за счет мысленных команд.3. Исследование факторов, влияющих на нейроуправление.Факторы, влияющие на нейроуправленрие, представляют собой сложную систему взаимодействий между различными компонентами мозга и окружающей среды.Одним из основных факторов является индивидуальная вариабельность мозговой активности. Исследования показывают, что люди с различными типами мозговой активности могут иметь разные результаты при использовании нейроуправлению. Люди с более высокой активностью в определенных областях мозга могут быть более восприимчивы к нейрофидбэку и предоставлять более данные и репрезентативные данные для нейроконтроля, чем те, у кого активность в этих областях ниже [4, c. 89].Окружающая среда также может влиять на эффективность нейроуправления. Например стресс, может влиять на мозговую активность и, следовательно, на эффективность биологической обратной связи. Люди, которые испытывают высокий уровень стресса, могут быть менее восприимчивы к электроэнцефалографическому ренингу и их нейроданные намного менее репрезентативны и могу не отвечать актуальному состоянию человека, чем те, у кого уровень стресса ниже [3, c. 434].Индивидуальные характеристики, такие как возраст, пол и личность, также могут влиять на эффективность нейроуправления.У детей намного более выраженные состояния, которые могут быть распознаны с помощью информации, полученной с нейрогарнитуры, чем у взрослых. У женщин они намного более выраженные, чем мужчин [1, c. 71].4. Проектирование процесса исследования.В рамках работы также необходимо проводить исследования. Задача, которую решает данные исследования - проанализировать зависимости между электроэнцефалограммами, вычисляемыми значениями ЭЭГ, усталостью человека, реакцией на разные цвета, сатурацией, сердечным ритмом и давлением. Это надо для того, чтобы в будущем лучше понимать, как можно настраивать системы нейроконтроля под конкретных людей, не прибегая к долгой настройке через непосредственное обучение системы для взаимодействия с человеком. Более того в будущем необходимо будет проверить теорию о том, как связь электроэнцефалограммами/вычисляемых значений ЭЭГ и реакции человека на цвета влияет на то, как человек будет использовать систему нейронного контроля за внешней системой.Если говорить о верхнеуровневой структуре данных экспериментов, то можно представить её в рамках следующих этапов:Разработка программного обеспечения для тестирования и анализа данных. На данном этапе создается специализированное приложение, включающее бэкенд для обработки данных и фронтенд для взаимодействия с пользователем. Программное обеспечение должно обеспечивать:Управление тестами и хранение информации об испытуемых и отдельных сеансах тестирования.Обработку и анализ сигналов ЭЭГ (например, через встроенные скрипты или внешние модули).Подготовка тестовых данных в ПО. Этап включает:Отбор и компоновку визуальных стимулов (изображений) в заданной последовательности.Формирование структуры теста для контроля предъявления стимулов испытуемым. Данный этап требует особого внимания, поскольку оптимальная методика представления стимулов остается предметом исследования.Организация экспериментальных сессий. Для проведения тестирования необходимо:Согласовать использование аудитории и оборудования с администрацией вуза.Обеспечить достаточный временной резерв для каждого испытуемого.Набрать участников эксперимента, соблюдая этические и процедурные требования.Проведение тестирования. Процедура тестирования включает:Получение информированного согласия на обработку персональных данных.Краткий медицинский осмотр для исключения противопоказаний.Непосредственное выполнение теста с регистрацией ЭЭГ. Для минимизации искажающих факторов испытуемые не информируются о деталях гипотезы исследования.Анализ результатов. Обработка данных выполняется в несколько этапов:Корреляционный анализ нетемпоральных параметров.Расчет описательных статистик (средние, медианы) для различных фаз теста.Сопоставление временных меток ЭЭГ с предъявляемыми стимулами для выявления паттернов нейрофизиологической активности.Кластеризация данных и поиск устойчивых зависимостей между типами стимулов и реакцией ЭЭГ.После завершения одного круга тестирования можно подготовить новые, более комплексные тесты и снова проводить данное мероприятие.Если рассматривать процесс тестирования, то его можно описать следующей блок-схемой (рисунок 1).Рисунок 1. Блок-схема проведения экспериментов.5. Проблемы в проведении исследований.Из всего вышеописанного можно сделать вывод о том, что любые исследования, связанные с нейроуправлением, будут неизменно сопряжены с определенными сложностями.Индивидуальность ЭЭГ и биологических паттернов каждого отдельного человека. Это, в том числе, сопряжено с тем, что тяжело собрать репрезентативные выборки людей. Даже если кластеризовать людей по определенным признакам огромное количество скрытых переменных, связанных с личным опытом. травмами, болезнями и т. д. будут неизменно серьёзно влиять на возможности индукционных выводов относительно исследований нейроактивности мозга.Большие проблемы с методами анализа и поиском зависимостей в паттернах ЭЭГ в зависимости от медицинских показаний и внешних воздействий. Зачастую даже с помощью спектральных преобразований невозможно распознать и/или проанализировать причинно-следственные связи в поведеним электромагнитной активности мозга.Абсолютно любое внешнее воздействие во время эксперимента может привести к сбору данных, которые не отражают реальные паттерны ЭЭГ поведения человека (вспышки, звуки, запахи, отвлечение человека на маленькие детали окружения из-за особенностей восприятия). Это делает сложным интерпретацию результатов. Необходимо смотреть линии трендов, причем не на сырых данных.Исследование именно нейроупраления – крайне нишевая вещь и результаты тяжело распространять, чтобы делать какие-то общие выводы.
Номер журнала Вестник науки №5 (86) том 4
Ссылка для цитирования:
Кожухов Д.А., Пименкова А.А., Данилов А.А. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СЛОЖНОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ИНТЕРФЕЙСОВ НЕЙРОУПРАВЛЕНИЯ // Вестник науки №5 (86) том 4. С. 1355 - 1364. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/23439 (дата обращения: 09.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+
*