Нейроинтерфейсы MS-04a и MS-04b⁠⁠

Всем привет!
Хочу рассказать о 2 устройствах, разработанных за весну этого года. Это однозначно самые занятные штуки что я делал за год.

Но начнем с теории.

Нейроинтерфейс (или интерфейс «мозг – компьютер») – так называется устройство для обмена информацией между мозгом и внешним устройством. В качестве объекта управления может выступать не только компьютер, но и любое другое электронное устройство: квадрокоптер, система «умного дома», промышленный робот или боевой дрон, экзоскелет и даже искусственные органы чувств.

Медицина на данный момент является основной областью применения нейроинтерфейсов. Здесь интерфейс «мозг – компьютер» открывает новые возможности в области протезирования и реабилитации инвалидов с различными моторными нарушениями. Например, после инсульта многие пациенты не могут говорить. В этой ситуации нейроинтерфейс выступает умным посредником между мозгом и внешней реальностью, единственным средством общения. Парализованные пациенты с помощью такого устройства могут управлять протезом и инвалидной коляской или даже механическим экзоскелетом.

Пользователь и нейрокомпьютерный интерфейс работают вместе. Пользователь после периода обучения начинает генерировать сигналы мозга, которые кодируют намерение, а нейрокомпьютерный интерфейс , также после обучения, обнаруживает эти сигналы, декодирует и переводит их в команды на устройство вывода, которое выполняет намерение пользователя.

Нейроинтерфейсы бывают инвазивные и неинвазивные. Инвазивные это те что внедряются в череп. Они очень сложны и опасны в использовании и установке. Наш нейроинтерфейс неинвазивный и полностью безопасный.

На фото ниже вся эволюция нейроинтерфейсов и можно заметить что они все примерно одинаковые по топологии.

Неинвазивный нейроинтерфейс не предполагает вторжения в организм – электроды прикрепляют к коже головы. Несмотря на то что мозг располагается глубоко в черепе, электрические поля, создаваемые нервными клетками, улавливаются электродами на поверхности головы. Этот метод уже давно применяется при снятии электроэнцефалографии.

На данный момент существует 2 пути реализации работы нейроинтерфейсов: через дешифровку сигналов мозга и через двойную шифрацию сигнала.

Прямая дешифровка однозначно более перспективный путь, но и многократно сложнее в реализации. На данный момент, несмотря на то что общие принципы работы контуров мозга более-менее изучены, более сложные структуры и их алгоритмы изучены не очень подробно и не пока не известно как можно «загружать» нужную информацию в нужные узлы или же дублировать их электронным аналогом. Поэтому аналитическая дешифровка и затруднена, хоть и возможна, что можно увидеть в самых современных проектах . Это протезы с ОС, о которых написано выше, усилители памяти, контролеры эмоций и «привязанностей» .

При двойной шифрации, которую в основном и используют, не пытаются определить что именно значат каждый сигнал, а просто, собирая статистику таких сигналов, выделяют его и маркируют под определенную задачу.

Такие интерфейсы наиболее хорошо отработаны, повторяемы в реализации и относительно распространены. Именно через этот метод и работают ms-04

А теперь разобравшись в теории рассмотрим подробнее модели нейроинтерфейсов — ms-04a и ms-04b

MS-04а

Данный нейроинтерфейс сделан на универсальной нейрооснове. На ней можно также сделать и нейростимулятор, путем просто замены электроники на затылке.

В качестве основного материала каркаса выбрал PLA пластик. Выбор был сделан в пользу PLA благодаря его свойству биоразложения. Каркас производится методом 3д печати.

Твердые электроды представляют собой пластинки из нержавеющей стали. Электрическая составляющая полностью загерметизирована внутри каркаса. На затылке находится электронная начинка, включающая в себя блитуз модуль и усилитель-АЦП ЭЭГ сигнала.

В качестве особенностей можно выделить следующее:

1.Один канал ЭЭГ + референсный датчик + заземление (прищепки)

2.Распознавание экстремально низкого уровня сигнала

3. Фильтр с высокой сопротивляемостью шумам

4. Использована универсальная основа.

5. Расщепление спектра. Считывание происходит с 4 датчиков.

Анализируется следующая информации :

1.Исходная электроэнцефалограмма (сырец сигнал)

2.Определяются следующие мозговые волны: Дельта, Тета, Низкие Альфа, Высокие Альфа, Низкие Бета, Высокие Бета, Гамма

Имеется специальное ПО как для ПК так и для телефонов.

Кроме того имеется SDK для всех платформ (андроид, ios, win)

Связь с компьютером происходит через блитуз 5.0. Иные версии блитуза работают нестабильно или не работают совсем.

Питание 2 батарейки AAA

После многочисленных тестов с этой моделью было найдено более оптимальное дизайнерское решения для корпуса.

Данная модель обладает куда более меньшим корпусом. При этом он более удобен для настройки под размеры головы, благодаря раздвижным элементам корпуса. Кроме того в этой модели возможно снятие сигнала с более высоко расположенных участков мозга, а не только с лобных долей.

Технические параметры такие же как и в предыдущей модели — начинка осталась такая же.

1.Один канал ЭЭГ + референсный датчик + заземление (прищепки)

2.Распознавание экстремально низкого уровня сигнала

3. Фильтр с высокой сопротивляемостью шумам

4. Использована универсальная основа.

Анализируется следующая информации :

1.Исходная электроэнцефалограмма (сырец сигнал)

2.Определяются следующие мозговые волны: Дельта, Тета, Низкие Альфа, Высокие Альфа, Низкие Бета, Высокие Бета, Гамма

Связь с компьютером/телефоном происходит через блитуз 5.0. Иные версии блитуза работают нестабильно или не работают совсем.

Питание 1 батарейка cr2032

Спасибо за внимание. Подробнее про такие устройства как обычно тут
https://vk.com/exomech

https://www.facebook.com/Exomech

https://www.instagram.com/exomech_official
Кроме того есть специальный бионическо-экзоскелетный дискорд канал

https://discord.gg/pMZN7TM