Перепрограммировать мозг

Мозг – это единственный орган, который сам себя назвал.

Задумайтесь об этом ненадолго и поймете, что падаете в кроличью нору экзистенциального кризиса. Приносим извинения, что подтолкнули туда.

На протяжении веков ученые, философы и простые люди были буквально очарованы невообразимо сложным органом, который располагается между нашими ушами. Бесчисленные тома исписаны для объяснения и обсуждения сознания, механизма формирования воспоминаний, контроля над нашим телом и других вопросов.

Сегодня, имея доступ к постоянно совершенствующимся технологиям, мы каждый день изучаем новые вещи, позволяя нам экспериментировать и вознаграждать себя большим количеством знаний, чем когда-либо прежде. Одной из организаций, которая движется вперед в этом движении, является молодая российская компания «Интеллект и инновации», создавшая систему с необычным названием Rehabunculus. Здесь работают над применением нейросетей и виртуальной реальности в спортивных тренировках и реабилитационных процедурах, а также готовятся к разработке комплексов для обучения космонавтов. Неплохо для коллектива, который едва насчитывает 16 человек…

Ум и тело

Меня окружает четыре кирпичных стены без окон и дверей, в моих руках футуристичного вида пистолет, а впереди — мишень с силуэтом человека. Я вскидываю оружие и пытаюсь прицелиться в середину головы. Но стрелок из меня никудышный, рука дрожит, и пять-шесть выстрелов ложатся по самому краю цели. Я снимаю шлем виртуальной реальности и возвращаю его Александру Кащееву, техническому директору «Интеллекта и инноваций». 

«Когда вы стреляете в реальном мире, у вас есть следящие движения, — поясняет Александр, — вы видите цель, мушку и точку, в которую вы целитесь на мишени. Наша система ждет момента, когда вы вот-вот ошибетесь — нейронная сеть предсказывает траекторию вашего движения. Благодаря виртуальной реальности мы можем показать эту ошибку на несколько кадров раньше и усилить её ещё больше. Для вас это будет выглядеть так, будто у вас рука поднялась не до конца или сильнее дрожит. Получив обратную связь раньше и в усиленной форме, ваш мозг быстрее реагирует на эти вводные и начинает корректировать моторную программу». 

Это происходит несознательно: для мозга зрительное восприятие — это порядка 70% поступающей информации, и она всегда имеет решающее значение. Погрузившись в виртуальный мир, человек не чувствует дельты между реальностью и картинкой. Ему кажется, что руки находятся там, где он их видит. Специально созданный алгоритм подстраивает эту дельту, чтобы скорректировать движения. 

Может ли нейросеть научить человека лучше попадать в мишень? Исследование, которое провели в «Интеллекте и инновациях», говорит, что да, может. В нем принимали участие шестьдесят человек, и те тридцать, что тренировалась под руководством искусственного интеллекта, улучшили свои показатели в среднем на 50%.

Нейросеть помогает восстановить нейроны

Применений такому изобретению может найтись огромное количество, ведь, по сути, созданная в «Интеллекте и инновациях» система способна «перепрограммировать мозг» человека и научить его любому моторному навыку. Одно из направлений, где искусственный интеллект сможет выступить в качестве персонального тренера, — это медицина. А точнее, реабилитация пациентов, перенесших инсульт. 

Чтобы объяснить суть задачи, к беседе подключилась Ольга Попова, которая совмещает работу в «Интеллекте и инновациях» с должностью научного сотрудника отдела исследований мозга Научного центра неврологии. 

«Инсульт — это острое нарушение мозгового кровообращения. При кровоизлиянии в мозг погибает определенное количество нейронов. Вокруг этой зоны есть зона нейронов, которые уходят в состояние стресса, они повреждены неокончательно. Зачастую это моторные зоны коры, то есть те, через которые мы управляем своими движениями. Если вовремя начать реабилитацию, то можно восстановить их функцию. Более того, выжившие нейроны могут брать на себя задачу погибших — это называется «нейропластичность». В рамках реабилитации можно полностью восстановить подвижность в конечностях вплоть до мелкой моторики», — рассказывает Ольга. 

Одна из задач программы в том, чтобы поощрять правильное выполнение упражнений. Поскольку у пациентов не все мышцы работают одинаково, зачастую случается так, что человек начинает выполнять движения неверно, а затем навык закрепляется, и исправить его практически невозможно. 

Традиционный метод реабилитации — это лечебная физкультура под руководством тренера, либо занятия на роботизированных механизмах, так называемых локоматах. Они по заданной программе помогают человеку двигать руками или ногами. Система Rehabunculus, разработанная в «Интеллекте и инновациях» обойдется значительно дешевле такого робота. Всё, что нужно, — это телевизор, ноутбук и жестовый контроллер Microsoft Kinect второго поколения. 

Rehabunculus во многом напоминает игру для Xbox и Kinect: после предварительной калибровки и настройки пациент выполняет несложные упражнения вроде отбивания ракеткой летящих в его сторону мячей. Но это не просто игра: искусственный интеллект анализирует движения и подталкивает пациента к тому, чтобы постепенно расширять их диапазон. Подробнее о том, как это работает, рассказывает Егор Токунов — руководитель проекта и ответственный за развитие бизнеса. 

«У инсультников есть такая проблема — когда они не видят результатов упражнений, мотивация падает. Поэтому мы используем нашу систему с предсказанием движений, но в другом направлении: она не ухудшает ошибку, а показывает человеку, проходящему реабилитацию, что у него выходит лучше, чем на самом деле. Он видит результаты, и это мотивирует продолжать тренировки». 

«Сейчас мы пробуем разные методы — как улучшения, так и ухудшения этого восприятия. Наверное, в окончательной версии это будет гибридный подход, когда мы будем сначала показывать пациенту какую-то идеализированную картину, чтобы вовлечь его в процесс реабилитации, потом мы будем проходить перигей с нулевой дельтой, а потом перейдем к системе с усложнением, то есть начнем усугублять ошибку, заставляя пациента сильнее работать и восстанавливать поврежденные связи». 

Сейчас Rehabunculus проходит апробацию на базе Научного центра неврологии РАН. С системой уже работает группа пациентов и врачей-реабилитологов.

Переход от тестирования к массовому применению произойдет с участием другой технологии Microsoft — облачной платформы Azure. 

Сила облачных технологий

«Нейронная сеть для предсказания движений будет обсчитываться в облаке Azure. На основе анализа «почерка» пациента мы получаем выгружаемый модуль нейронной сети, которая потом дает прогнозы в режиме реального времени на локальном компьютере. Такая необходимость возникает из-за того, что система управления движением человека очень многоуровневая: по сути, мы делаем нейросеть, которая дублирует иерархию управления движениями того человека, с которым она работает. 

«Чтобы сгенерировать выходную сеть, требуются огромные ресурсы, отсюда и потребность в облачных вычислениях. Мощности Azure сэкономят нам время и позволят пациентам начинать процедуры по восстановлению уже через десять минут после прохождения тестовых сессий. Плюс для нас это некоторая защита, поскольку позволит не отдавать конечному клиенту все наши алгоритмы. Ядро системы будет оставаться у нас».

Выход в открытый космос

По словам Егора Токунова, в будущем Rehabunculus сможет применяться гораздо шире — в самых разных послетравматических и послеоперационных программах реабилитации. Но уже сейчас системой интересуются совсем в другой сфере — космической. 

Когда в РКК «Энергия» увидели по телевизору сюжет о работе компании со спортсменами, там заинтересовались и предложили нам подумать, как это применимо в плане подготовки космонавтов. С того момента началось сотрудничество, которое потом переросло в совместную поездку в NASA и подписание протокола о намерениях — о том, что потенциально мы будем нашу разработку продвигать и в NASA.

Речь идет о системе, которая поможет воссоздавать условия, близкие к тем,  в которые космонавты попадают при выходе в скафандре в открытый космос.

«Там есть множество особенностей. На движения человека накладывается ограничение из-за того, что скафандр надувается изнутри: разница в давлении за пределами скафандра и внутри составляет 0,4 атмосферы и кинематика получается очень специфичной. Особенно это касается мелкой моторики и движения руки в перчатке».

Сейчас подобные тренировки имитируются в бассейнах или при помощи летающей лаборатории невесомости. Если задействовать разработки «Интеллекта и инноваций», то эти средства не понадобятся. Вместо них планируется использовать стенд «Селен», который имитирует невесомость на системе подвесов, и шлем виртуальной реальности.

«Первый этап исследований, который мы сейчас проводим, — это разработка алгоритма кинематики с учетом особенностей движения в скафандре. Мы вложим эти данные в нашу платформу, а также выясним, какие рутинные и нерутинные операции требуется совершать. Тогда мы сможем строить процесс тренировки космонавтов здесь, на Земле».

Стыковка «Федерации»

«Сейчас в России строится новый аппарат «Федерация». У него будет совершенно новая система ручной стыковки, и мы обсуждаем возможность применения нашей разработки для обучения работе с ней. По сути, это что-то вроде дополненной реальности: там не нужно полное погружение в виртуальный мир, а будут реальные органы управления, реальные дисплеи, реальные системы стыковки — с физикой, которая будет рассчитываться на основании данных двигателей корабля. Информация при этом отображается на мониторе, где человек будет видеть движение космического аппарата».

Бизнес и планы

«Интеллект и инновации» существует не только за счет инвестиций — как частных, так и предоставляемых фондами но и продаж своих решений. План руководителей компании — зарабатывать на продажах системы клиентам, но в случае с медициной это непросто.

«В России мы пока что не можем продавать Rehabunculus в медицинские стационары, поскольку у нас нет медицинского регистрационного удостоверения, — объясняет Егор Токунов. — Процесс его получения длительный и непрозрачный. Сейчас продавать мы можем только конечному пользователю, пациенту — как лечебную физкультуру, через инструкторов ЛФК».

«У нас уже есть положительные отзывы из Научного центра неврологии. В настоящий момент система установлена для апробации в нескольких реабилитационных центрах, имеются установки у частных клиентов для домашней лечебной физкультуры. Также мы разворачиваем эту систему для апробации в Первом МГМУ им. Сеченова, где она будет тестироваться полгода. В общем, мы готовим рынок к выходу этого продукта».

«Интеллект и и нновации» прошла отбор из двух сотен компаний со всего мира в финский акселератор Vertical.vc и с сентября начинает продвигать свои продукты в Европе. В компании также подумывают о выходе на рынок США. «Там клиентов очень много, и сейчас уже есть потенциальный интерес к нашей системе, — рассказывает Егор Токунов. — Там проще, поскольку наша система легко встраивается в другие телемедицинские комплексы. Это позволит нам донести нашу технологию до гораздо большего количества клиентов».

Помимо продаж Rehabunculus и выполнения контрактов по его внедрению, у «Интеллекта и инноваций» есть другой источник дохода — торговля вспомогательными решениями, которые были созданы в ходе разработки собственных систем. Это разного рода крепления, аккумуляторы, устройства для беспроводной связи и даже высокопроизводительные компьютеры, спроектированные специально для ношения в рюкзаке и работы от батареи.

«У нас такие вещи покупают парки виртуальной реальности и организаторы квестов», — рассказывает Максим Чижов, ответственный за маркетинг и продажи. На вопрос о том, в каких ещё областях могут пригодиться наработки «Интеллекта и инноваций», Егор также просит ответить Максима, рекомендуя его как специалиста по будущему.

«В основе нашей системы лежит ядро, которое может обучать человека любому двигательному навыку, в том числе и на предприятии, в промышленности. Или, например, в военной сфере: там нашу разработку можно использовать для обучения специалистов по тактическим и разным специализированным навыкам. В этой сфере есть большой спрос на такие решения».

Однако сам Егор считает, что обучение – это пока что слишком необычный и незрелый рынок: «Это голубой океан, который пока никто не осваивает и не занимается обучением с помощью технологических методов и искусственного интеллекта».

Какое бы направление развития не оказалось наиболее перспективным, в компании уверены, что не промахнутся: «Если есть сомнения, мы всегда берем и проверяем», — говорит Егор Токунов.

Оптимистичная нота. Если она не заставила вас забыть об экзистенциальном кризисе, то уже ничего не поможет.