神经网络，区块链，人工智能，飞行器，自绑式鞋带-当然，所有这些都很酷，但是理想的神经接口的想法让我大为兴奋。 对大脑工作和意识结构的反思通常会导致最严重的僵局，宗教纠纷，并产生数万亿的投机活动。 因此，我决定寻找一个直接了解大脑和神经接口工作的人。
我的对话者是明斯克CleverPoint创业公司的创始人Alexander Smirnov（
Bioalex ）。
在他的青年时代，他学会了当医生，并获得了外科医生的文凭。 大学毕业后，他去了生物化学系并为自己的论文辩护。 当时，亚历山大（Alexander）开始了他的业务-种植牙的生产-从事这项业务已有20年了。
从学校开始，他的爱好是编程。 与他一起去电脑俱乐部的朋友终生难忘-现在他们都是认真的工程师。 与他们一起，为了娱乐，亚历山大决定制作一个不落后于专业医疗设备的可穿戴神经接口。 这个笑话走得很远，现在它是一个雄心勃勃的技术创业公司。
在谈话之前，我试图了解他们的产品的确切用途。 可疑的目标很多。 其中主要的哪几个是设备的心理控制？ 监测大脑状况？ 研究，数据收集？
结果，我们的对话就像是初创公司的玩笑一样，太过分了。 我们不仅潜入大脑，而且还潜入冲突的道德问题，甚至潜入人类似乎正在等待几次艰难考验的未来。
亚历山大·斯米尔诺夫（Alexander Smirnov）-我看到你最近在斯科尔科沃。 怎么样了-总体来说不错。 我们介绍了该项目，并告诉我们Skolkovo的初创企业在赠款，融资和交流平台方面有哪些机会。 我真的很喜欢这次会议，那是积极的。 我们决定申请并尝试成为居民。 我们的项目相当广泛-我们既建立技术平台，也建立神经耳机本身和算法。 目前，我们正在考虑将使用哪个特定片段。
-这个想法引起共鸣吗？-大多数人根本不了解我们在做什么。 尽管神经接口已经存在了十年，但它们仍然是一个新领域。 我必须解释，告诉。 当然，首先的反应是惊讶，然后是一些怀疑。 但是他们总体上是积极的。
-投资者主要关注团队是真的吗？-创业公司中的团队是最重要的。 我们对她没事。 有工程师，生物物理学家，无线电电子学专家以及有临床医生的生理学家。 只要我们没有现成的熨斗，医生就会简单地建议我们，将经验告诉我们的技术人员，以便他们了解要寻找的东西，应该从大脑产生的一般噪音中提取出哪些有用的信号。 当我们生产该产品的Alpha版本时，将开始更严肃和大规模的研究。
团队中有五名工程师，他们是各自领域的专家。 他们从事无线电信号，结构和功能组件，编程逻辑集成电路的数字处理，在MatLab中工作，用C编写。机器学习，工业设计方面的专家。 该团队对其领域足够认真。
-您是如何在明斯克组建这样的团队的？-这些是自学校时代以来一直存在的联系。 然后我沉迷于编程。 从那时起，我们已经成为朋友多年了-已经成为家人。 他们告诉我他们如何在电子领域进行项目，我告诉他们有关医学的知识。 一旦我有了一个主意，他们就着火了。
一开始，一切看起来都很可笑-好吧，让我们尝试一下-但是一切都变得很遥远。 我们深入研究了该主题，填充了锥体并建立了知识库。
“那你走了多远？”-我们开发了一个原型，拿起铁，买了它，组装了一个测试模型，测试了它的性能。 我们评估了接收到的信号，有多少噪声，有多少有用信号。 已经测试了人类中众所周知的脑电图范例。 众所周知，在某些任务中，大脑会以某种方式做出反应-我们已经确认了所有这些概念，也就是说，设备的烙铁起作用了。
此外，相对而言，我们正在开发头戴式耳机本身，即戴在头上的头盔。 我认为，市场上的家用耳机不能满足许多要求-从便利性到技术特定要求。 我们的神经耳机的设计已经过了第一次迭代，现在我们准备打印原型。
我们正在积极研究的第三个领域是测试算法，以消除脑电图中出现的伪影。 音频将集成在头戴式耳机中，因此我们正在测试大脑脉冲和音频信号的同步传输方式，它们如何相互干扰，以及总体上，我们无线信道的实际带宽是多少。
-音频？“我们可以对大脑活动进行编码，从逻辑上将其与声音（点击或某种信号）联系起来，然后将它们转换为耳机，这样人们就可以听到大脑中发生的事情。” 例如，当一个人处于压力或精神负担过重的状态时，您可以借助声音信号通知他。 信号的频率和强度可以与压力程度相关。 然后，该人做出努力，有意识地平静下来-并且声音消失了。
另一个示例-驾驶时，驾驶员开始入睡。 神经耳机警告您停止休息。
借助音频耳机，您仍然可以进行神经反馈-这是基于反馈的大脑训练。 如果您将具有特定节奏和情感色彩的声音或音乐发送到音频通道，则大脑会响应音频信号并更改其节奏。 通过定期重复此类培训课程，您可以学会在没有音频支持的情况下控制自己的大脑节律。 例如，从放松状态快速移到专注状态，反之亦然。
-你用哪种铁？-移动耳机本质上是可穿戴的移动脑电图仪。 在经典的脑波成像中，信号被记录下来，然后在离线模式下被清除掉伪像和噪声。 通过各种算法处理会话，并从信号中提取有用的信息。
与经典的脑电图仪不同，我们的任务是实时处理大脑信号。 在线完成此操作后，对设备本身的要求就会越来越高。 因此，它将具有一个高精度的模数转换器，该转换器将从电极接收信号并将其转换为数字信号。
该设备将具有可编程逻辑集成电路（FPGA）。 在FPGA上，我们可以并行处理多个数据流，可以编写初步的降噪算法，滤波甚至决策逻辑。 我们的设备有两个不同的基本版本，将具有6和12个电极。 从理论上讲，我们可以扩展通道的数量并将其增加到16或32。但这已经超出了家用神经耳机的范围。
在此过程中，我们正在开发自己的董事会。 最初，它会很麻烦-大型入门工具包，具有许多不同的连接选项并支持多个电极安装电路。
-也就是说，现在这是在3D打印机上打印的耳机布局，并且电线从那里排到了板上？-是的，暂时这不是一个非常耐磨的设备-它可以放在胸前的口袋中，并通过电线连接到耳机。 然后，我们将发布更微型的版本，将板子集成到头盔中，然后我们将再次进行所有测试。 我尚不知道最终会进行多少次迭代。
通常，可佩戴的神经耳机是带电弧的帽或塑料框架，可将电极引至头部的某些位置。 人的头大小不同，应明确设置电极在头上的位置。 如果对于儿童和成年人，对于男女，神经耳机的大小均相同，则电极以完全不同的方式位于不同的头上。 无法微调算法的操作-算法期望电极正确站立。 迄今为止，还没有一家非医学神经耳机制造商可以解决此问题。
我们只是试图将电极放在头部的任何地方，我们制造了各种紧固件的系统。 同时，我们不断提醒自己，这不是专业设备，而是家用设备，应该很方便。
结果，我们将能够直接将信号解密到FPGA，并立即以头戴式耳机中的声音信号的形式向用户提供其大脑活动的数据-绕过头戴式耳机以外的任何其他设备。
当前存在的大多数用于脑电图在线处理的设备都将信号传输到计算机或智能手机，并且它们已经在对该信号进行解码。 我们拥有将在可穿戴设备以及台式机或移动应用程序中实现的所有基本功能-只有更复杂的逻辑。 例如，与神经病学专家的互动。
-设备和应用程序之间是否会有服务器？-不，信号将由电话处理器或任何工作站直接处理。 将来，我们计划创建一个云服务，其第一个功能已经概述。 但是我们还没有决定我们将如何以及在多大程度上存储用户的生物数据，以及他将如何与专家互动并进行在线治疗。
“您在软件开发方面走了多远？”-我们为脑电图的主要软件产品编写了驱动程序，并专注于消除污染信号的各种伪像的算法。 例如，当一个人眨眼时，传递到动眼肌的脉冲在幅度上比脑电波要强得多，但在对我们有用的相同频率范围内。 信号必须变得清晰，同时我们也不要在滤波器上丢失一些有用的信息。 在经典的多通道脑电图中，这个问题得以解决。 但是，对于具有实时处理和少量电极的家用神经耳机，到目前为止，还没有好的解决方案。
神经接口有什么问题
- 信号质量。 人头绝对不适合从人头获取电信号。 皮肤具有很高的抵抗力，也有头发-通过它们，您需要以某种方式将电极固定在皮肤上。
大多数制造商提供湿电极。 他们使用一种特殊的导电胶，可在电极和头皮之间提供紧密的接触，甚至绕过头皮。 有些使电极活跃；其中内置了其他微电子器件。
我们正在尝试在干燥的聚合物电极上开发头戴式耳机。 它们将以梳子或扁平纽扣的形式制成，我们还将在不同的头上进行测试。 我们将创建一个焦点小组，我们将看到耳机在实际使用中有多方便。 - 安装时间。 将医疗设备放在头上进行实验时，安装时间为10到45分钟。 必须固定每个电极，注入凝胶，检查每个电极的电阻，然后将所有电线绑在一起并连接到测量设备。
对于消费者来说，这是绝对不能接受的。 理想情况下，一个人应该将神经耳机戴在头上，并且应该立即开始工作。 也许只需进行最小的上拉和校准即可获得高质量的信号。 实际上，还没有人解决这个问题。 在我们做出决定之前，继续前进是没有任何意义的。 - 缺乏用于确定情绪，确定大脑和其他脑电图范式性能的可靠算法 。
- 普通用户不足。 目前，原则上，未经特殊训练的人不能使用神经接口。 技术需要很高的动力。 现在只有残疾人具有很高的动力。 他们准备学习，通过无休止的仪器校准。 对于普通用户而言，所有这些似乎都很奇怪和令人恐惧-他很快就失去了兴趣。
必须完成巨大的工作，才能将科学小工具变成普通生活中无法使用的设备，例如智能手机。
-对您来说，开发人员使用积极性高的残疾人并为他们解决所有问题，以便以后可以在其他人身上使用它们，对您来说似乎并不诚实？-对于残疾人来说，神经耳机有时是通往世界的唯一窗口。 因此，他们准备参加实验，有时非常复杂。 有时甚至在没有其他人同意的情况下。 他们准备冒着生命危险，建立侵入性接口。 这些人正在推动科学前进。
迄今为止，许多技术已经冻结在人们对大脑界面的期待中。 这是与外界互动的新渠道，也是人类认识自己的新工具。 如果出现一种或多或少便宜的设备，使您能够可靠地记录和解释脑节律，则将立即启动并取得重大突破。
-您的设备可以发展科学吗？-无疑将有助于普及科学。 穿戴式医疗设备的价格以千美元为单位，平均而言，一个好的设备对于一个信息通道的价格为600-800美元，即对于12个信息通道的价格为7,000多美元。 如果我们使设备便宜，方便且足够准确，我们将为科学的发展做出贡献。
-似乎您不是在发明神经接口，而是试图使现有的医学样本可穿戴。-这部分是正确的。 我们的设备没有像专业医疗系统那样昂贵的组件。 我们有一个更简单的模拟前端，尽管根据科学出版物已经证实，它在接收信号质量上可与医学类似。
-您觉得是商业项目还是科学项目？-目前，我们只是感兴趣。 我们感到我们正在从事具有巨大商业前景的研发工作。 应该有一个中间立场。 我们都是人类。 在团队中，每个人都已经四十多岁了，我们不是准备为此工作的年轻人。 我们都知道，我们需要养活家人。 因此，最初计算出该装置应成为商业上可应用的。
我们知道问题的复杂性。 七到八年前，神经接口突然开始，它们预示了广阔的前景。 但是产品的瑕疵并不能充分利用它们。 而且我们仍然不知道我们的设备将在哪个确切区域内使用。
“要花很多钱吗？”-我们仅在熨斗和各种实验工作上花费了约1.8万美元。 我不考虑花费在开发，编程，搜索科学信息和旅行上的时间。 那就是-它已经不便宜了。
“而你自己做所有这些吗？”-是的，当我们自己做所有事情时。
-最近，有很多关于机器学习算法在医疗设备中应用的新闻。 你这样看吗？-我们必须解决使用机器学习对所选功能进行分类的问题。 我们使用在脑电图领域已经测试过的各种方法-判别分析，支持向量法，主成分分析和回归分析。
至于神经网络-已使用它们，但到目前为止，与其他机器学习方法相比，可靠性还不高。
-但是有前景。-前景广阔，但是他们还有很长的路要走。 我们也在朝这个方向努力。
围绕着每个人都在谈论的先进技术，很多神话正在四处徘徊。 看来他们可以做的比实际更多。
开个好玩笑。 “如果每个人都跳下悬崖，你也会走吗？” 是的-基于机器学习的神经网络智能答案。” 无法预测算法何时会失败。 在我看来，这是神经网络无法免疫的主要问题之一。 他们需要深入的测试，认真的科学研究。 您需要仔细处理。
-您使用的技术可能没有神话般的感觉和幻想？-在2012年，当我第一次看到神经装置时，就有一种巫术的感觉。 这项技术似乎很神奇。 但是我对这个问题的研究越深入，清醒过来的速度就越快，然后令人失望，重新思考，最后重新出现了兴趣。
我们距离该领域的第一家创业公司还很遥远，有许多实验室可能要走很多步。 但是我们很感兴趣，我们也想尝试。
“他们认为，当我们也很好地学习我们的大脑时，关于大脑的神话观念也将被消除-事实证明，这只是一个易于解释的机制。好吧...我不这么认为。
即使在最简单的神经网络中，也没人能预测算法在训练后将产生什么样的结果。这始终是实验性工作。但是，最简单的神经网络可以画在一张纸上，包括它们作用的全部原理-结果是无法预测的。想象一下，当您拥有相同的事物时，规模只有一万亿倍。我认为不会很快。-告诉我们更多关于大脑工作的信息吗？-这很复杂。我将简要地讨论通常使脑电图成为可能的大脑特征。正常运行的大脑会产生各种电势。这些电位中的一些主要来自大脑皮层神经元，可以使用头皮表面的电极（皮肤和头皮）进行检测。神经元群之间的同步活动会产生电张力的宏观振荡-脑电图上可见的脑节律。根据频率范围，节奏有条件地分为间隔，并用希腊字母（α，β，γ，θ，δ）表示。通过改变不同区域的大脑节律，我们可以判断大脑当前正在解决什么任务。例如，在从觉醒到入睡的过渡过程中，随着精神压力和放松，经历各种情绪，解决任何类型的心理问题以及对感觉（听觉，视觉和其他）刺激的响应，节奏也会发生变化。例如，响应于频率为5-30 Hz的光刺激，在人的枕叶中出现具有相同频率的节律。这是由于视觉分析仪的皮质末端位于头部的后面。通常，他有明显的阿尔法节奏。如果一个人闭上眼睛，则波的振幅会增加。当眼睛睁开时，振幅将再次下降。节奏不同步的另一个示例与一个人进行某种运动的意图有关。也就是说，我们假设我们正在移动右脚，并且可以将响应固定在电极上，然后通过训练各种分类器来学习如何确定。我们确定哪些脑节律变化模式与抬高右腿的思想相对应，而哪些与左腿相对应。因此，我们得到了最简单的分类器，并可以对与家用外部设备的交互进行编程。那人想着抬起右腿，轮椅向前骑。还是另一个领域的例子。当一个人经历某种情绪时，他开始使半球之间的节奏失去同步。现在已经建立了几种算法来确定人类的情感-我们可以解释四种到六种情感。基于我们要数字化的范例以及要构建的程序逻辑，我们需要选择不同数量和排列的电极。但这全取决于一个人训练算法的动机，以提高其预测的准确性和可靠性。
-起初，很长一段时间我都不明白为什么要使用设备。在我看来，您的重点仅仅是从大脑收集数据。-今天，当我们测试初始设备时，我们正在积累一个知识库，是的-首先，我们收集数据并进行标准实验。但是我们已经在准备新的算法，并将通过科学测试和发布。“现在仅收集数据是一件敏感的事情。”关于个人数据-是的，当然可以。但是，应该进行此类工作，因为当前现有的大脑模式数据库是异构且不完整的。迄今为止，还没有最终形成的规范概念。当然，我们对收集和分析此类数据以改进我们的算法感兴趣。自然，所有内容都得到用户的同意。我自己不喜欢收集我的数据。因此，我们软件产品的每个用户将有机会拒绝出于科学和统计目的使用其个人生物数据。-在这里，一个人戴着耳机在脑中行走，她不断地对其进行分析-当他听音乐，跑步，看电视或做其他事情时。太多的情况影响着一个人。-当然，神经技术作为一种潜在的影响工具，具有一定的危险性。您需要仔细考虑我们应为某人提供的安全保证，因为该人的数据不会被用于损害他人或出于操纵目的。我们正在考虑在神经耳机上进行小组互动的各种选择。例如，群表情图-互联网俄语部分中尚未特别提及该术语。其实质是我们可以记录一大群人对某个事件（例如电影院中的电影）的情感反应。尚未看过电影的人将能够看到最糟糕的时刻或最有趣的地方。他将了解观众的反应。或者，例如，对政客讲话的情感反应。当然，这里必须向用户提供明确的保证，即不会对他的数据进行黑客攻击或对其使用。我们正在考虑使用硬件加密和区块链来保护信息免受黑客攻击和欺骗的各种选择。但是到目前为止，这个问题还没有得到深入的解决。-假设您说的一切都符合理想情况。我们的生活将变得更加轻松，一切都会变得安全和美好。您是否想过世界的持续改善将导致什么？-当然了必须承认，人们无法逃脱神经接口。总有一天，这项技术将被实施。我们当前用于通信的通道是每分钟字节数。在计算机网络和Internet运作的通道的背景下，这非常小-每秒数十GB。我接受了采访，信息带宽很低。我们需要更快，更高效的与大脑交互的其他渠道。然后，专门讲一下实现，很可能是您必须进入一个人的解剖结构和生理状态，将其作为生物物种进行更改，进行基因改造，在大脑表面直接构建其他物体，放置一些增强电磁信号的设备-在这里我要进入幻想的境界。但是，不幸的是，这是不可避免的事实，这是我坚定的信心。我做的相同的牙植入物是相同的生物力学设备，实际上，我们是由人制造的电子人。一个崭新的世界即将到来，尚不清楚它将适用哪些原则。我们对科学和技术进步感到鼓舞，在这一阶段我们已成为人质，我们无法关闭它-这是不可避免的。 30年后，世界将与现在不一样，我们正在努力。听起来很吓人，而且很不寻常，但这是趋势。我们有能力减轻向“新人”的过渡痛苦，并避免社会动荡。-我听说，如果您设法将电极连接到负责获得乐趣的部位，并给该人一个按钮-他将只按下它，而生活中的更多事情将一无所求。-在人类中，尚未进行此类实验。他们是在老鼠身上进行的。老鼠自杀了。他们死于筋疲力尽，因为他们只需要更多。他们不断地刺激所谓的娱乐中心-也许有人会说，他们经历了长期的精神高潮。-如果一个人可以很好地接触大脑，会不会发生同样的事情？-人类总是在灾难边缘保持平衡。我认为我们将提出某种保护机制，以维护我们的自我和人性。人已经成为我们创造的社会中的额外纽带。世界由使我们有所作为和发展的思想所统治。想法正在推动新一轮的科学技术进步，我们就是为之服务。他越来越多地开始按照我们不了解的法律工作。需要以某种方式修改一个人，以便他可以了解正在发生的事情，以便可以快速接收和传输信息，从而不会成为该系统中的薄弱环节。