ВВС США СТРЕМЯТСЯ БЫСТРЕЕ ОБУЧАТЬ ПИЛОТОВ С ПОМОЩЬЮ ИННЕРВАЦИИ ОТДЕЛА МОЗГАМОЗГА

ВВС США СТРЕМЯТСЯ БЫСТРЕЕ ОБУЧАТЬ ПИЛОТОВ С ПОМОЩЬЮ ИННЕРВАЦИИ ОТДЕЛА МОЗГАМОЗГА

Некоторые почувствуют легкое покалывание. Другие вообще ничего не почувствуют.

Электрод, помещенный в слуховой проход, не предназначен для поражения электрическим      током. Скорее, исследовательская лаборатория ВВС США (ARFL) считает, что устройство, похожее на наушник, когда его помещают рядом с блуждающим нервом мозга, будет иметь больше интеллектуально стимулирующего эффекта. Он должен создавать моменты сверхобучения,     управляемые периоды концентрации, которые позволяют пилотам впитывать свою летную подготовку быстрее, чем это было возможно ранее.

В августе 711-е крыло AFRL Human Performance Wing запустило свой проект индивидуализированной нейронной обучающей системы (iNeuraLS), направленный на ускорение обучения пилотов с помощью стимуляции мозга. Военно-воздушные силы США (ВВС США) уже много лет страдают от нехватки пилотов и надеются, что эта технология поможет им быстро пополнить свои     ряды.

Но больше, чем быстро набирать новых пилотов, ВВС США заинтересованы в стимуляции мозга, известной как нейромодуляция, как средство, помогающее пилотам постоянно добавлять новые навыки. Поскольку темпы изменений в рамках воздушной войны продолжают ускоряться –  например, с добавлением искусственно интеллектуальных лояльных ведомых воздушных машин – воздушные силы, которые могут легко освоить новые навыки и технологии, будут иметь преимущество над своими противниками.

“Мы думаем о том, чтобы сделать нашу рабочую силу адаптируемой к изменениям”, –  говорит Натаниэль Бриджес, инженер-биомедицин AFRL research и руководитель команды нейронных интерфейсов. “Цель состоит в том, чтобы разработать и внедрить технологию, которая позволит им применять эти [новые] знания как можно быстрее.”

СТИМУЛИРУЙТЕ И НАБЛЮДАЙТЕ

Нейромодуляция используется для широкого спектра медицинских применений, включая лече-  ние хронической боли, болезни Паркинсона и черепно-мозговых травм. Кохлеарные имплантанты, которые используют электроды для передачи сигналов на кохлеарный нерв глухого челове ка, являются, пожалуй, самым известным примером этой технологии.

Кохлеарные имплантаты основаны на хирургическом внедрении электродов под кожу за ухом   человека и считаются инвазивными. Еще одним примером инвазивной нейромодуляции является нейросеть Илона Маска, которая призвана помочь людям с параличом с помощью электродов на головном мозге.

Со своей стороны, AFRL не считает необходимым сверлить череп пилота. Вместо этого лабораторный электродный наушник будет стимулировать ветвь блуждающего нерва, которая прости рается до человеческого уха.

“Он вводит небольшое количество тока в ваш мозг через кожу головы, через череп”, – говорит  Гаурав Шарма, старший технический руководитель отдела когнитивной нейронауки AFRL. – Он может изменить мозговую связь или стимулировать определенную область мозга.”

В то время как наушник толкает миллиамперный электрический ток в мозг субъекта, AFRL попытается научить навыкам пилотирования, используя гарнитуру виртуальной реальности с элементами управления полетом, такими как джойстик, дроссель и рули. Позже испытуемого попро   сят продемонстрировать, чему он научился. “Мы можем использовать различные меры, например ‘ ” насколько точно вы выполнили этот маневр?- говорит Бриджес.

AFRL планирует сравнить овладение испытуемым навыками пилотирования с активностью электрического и магнитного полей в его мозгу с помощью кепки или шлема, содержащего массив специальных датчиков. Лаборатория будет искать закономерности на разных этапах обучения, а также следить за изменениями таких переменных, как внимание, память и утомляемость.

“Обучение на ранней стадии часто характеризуется более быстрыми улучшениями производи  тельности, в то время как мы видим более постепенные улучшения производительности, которые в конечном итоге суммируются на поздней стадии”, – говорит Бриджес. “Мы ожидаем, что iNeuraLS поможет людям быстрее перемещаться между этими фазами.”

В течение следующих трех лет планируется провести серию экспериментов с использованием групп из 20-30 добровольцев, не являющихся пилотами, в АФБ Райта-Паттерсона в Огайо. “Цель состоит в том, чтобы проиллюстрировать способность ускорять обучение у людей, которые практически не имеют летного опыта”, – говорит Бриджес.

711-е крыло AFRL Human Performance Wing считает, что эта технология может также применяться для обучения, не связанного с пилотированием, например, для персонала космических сил, а также работников разведки, наблюдения и разведки, технического обслуживания и медицинских сообществ.

Используя собранную информацию, лаборатория планирует использовать алгоритмы для корреляции определенных паттернов мозговой деятельности с оптимальным развитием навыков пилотирования. Алгоритмы машинного обучения эксперимента будут впервые разработаны Лабораторией Линкольна Массачусетского технологического института, финансируемым из федерального бюджета научно-исследовательским и опытно-конструкторским центром технологий национальной безопасности.

В конечном счете, AFRL хочет определить наиболее эффективные средства ускорения обучения, либо с помощью нейромодуляции, либо изменяя окружающую среду с помощью иммерсивных технологий, таких как виртуальная реальность или гарнитуры дополненной реальности.

” Если они находятся в состоянии, когда они наиболее восприимчивы к новой информации, которая была предоставлена им, то используйте иммерсивную среду для доставки контента”, – говорит Шарма. “Если это не так, то мы используем нейромодуляцию, чтобы привести мозг в оптимальное состояние, когда он более восприимчив к обучению, а затем передать содержание.”

AFRL считает, что использование реалистичных инструментов обучения, таких как гарнитура виртуальной реальности, в сочетании с нейромодуляцией, приведет к скачкам в развитии профессиональных навыков. “Сочетание этих технологий может привести к мультипликативному, а не инкрементальному увеличению скорости обучения”, – говорит Шарма.

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ОБУЧЕНИЕ

Сверхурочно AFRL рассчитывает найти индивидуальные паттерны обучения. Зная эти особенности, он полагает, что однажды сможет адаптировать электрические стимулы и учебные программы для улучшения подготовки каждого конкретного пилота.

“Многие технологии сегодня являются одним размером, подходящим для всех”, – говорит Бриджес. – Реальность такова, что мы все разные личности. Таким образом, чем больше информации мы можем использовать и приобретать, относящейся к этим индивидуальным различиям, тем лучше мы можем адаптировать технологию и обучение к этому человеку.”

В ходе своего эксперимента АФРЛ планирует тщательно контролировать и отслеживать, какова оптимальная электрическая частота и амплитуда для стимуляции мозга, и как долго длятся эффекты нейромодуляции.

“Это зависит от задачи, которую вы выполняете”, – говорит Шарма. “В некоторых исследованиях мы обнаружили, что когда мы делали стимуляцию в течение двух часов, эффект длился около 16 дней.”В другой клинической ситуации, направленной на лечение расстройства кровотечения, эффект длился шесть месяцев, – добавляет он.

Ученые говорят, что прошлый опыт с экспериментами по нейромодуляции и строгие оценочные параметры применяемых процедур,  будут сохранять высокую безопасности нанести обратную реакцию от воздействия на мозг .

“Если мы увидим, что происходит что-то не штатное в поведении испытуемого, чего я не думаю, что мы увидим, у нас будет возможность отключить систему, потому что она управляется замкнутым циклом”,- говорит Шарма, отмечая измерения мозговой активности в реальном времени. “Мы внедрили ряд этих технологий в наши прошлые проекты по аналогичным идеям повышения производительности, поэтому их безопасность очень хорошо зарекомендовала себя.”

Эксперимент iNeuraLS должен завершиться в 2023 году демонстрацией, где участники будут тренироваться выполнять различные полетные маневры с помощью симулятора полета с поддержкой виртуальной реальности. Конечная цель состоит в том, чтобы показать сокращение количества времени, необходимого участникам для изучения навыков по сравнению с контрольной группой, говорит Бриджес.

Команда AFRL также планирует создать интегрированное устройство для стимуляции мозга и картографирования к концу проекта.

“В конечном счете, мы сможем перевести эту технологию в нечто, что может быть использовано в оперативной обстановке, например, в самолете”, – говорит Шарма. “Однако есть разные вещи, которые мы должны рассмотреть, например, будут ли эти материалы выдерживать в условиях высокой перегрузки (g), через которые должен пройти самолет и человек.”

Сканер Мэг с пациентом из Национального института психического здоровья

Магнитоэнцефалографический сканер с пациентом из Национального института психического здоровья

Современные системы для картирования магнитных полей мозга, называемые магнитоэнцефалографическими системами, представляют собой большие троноподобные устройства с массивными выпуклыми шлемами, которые опускаются на голову пациента и ограничивают его движения. Оборудование также должно быть охлаждено и храниться в специальных помещениях, которые не позволяют магнитному полю Земли мешать измерениям магнитных полей мозга.

Чтобы сократить эту технологию, 711-е крыло Human Performance Wing, включило в работу AFRL и стартап Sonera Magnetics, для разработки новой компактной сенсорной матрицы для картирования магнитных полей мозга.

“Они разрабатывают новые материалы, которые позволят нам получать мгновенный сигнал с хорошим пространственным и временным разрешением, но все еще в носимом, портативном формате, который, возможно, не потребует такого экранированного помещения для записи этой активности”, – говорит Шарма.

711-е крыло Human Performance Wing также сотрудничает с Microsoft, которая будет управлять разработкой контента и предоставлять рекомендации по изменениям в платформах и оборудовании виртуальной и дополненной реальности. Teledyne Technologies интегрирует компоненты картирования мозга и стимуляции в одно устройство.

В конечном счете, ученые AFRL надеются, что проект iNeuraLS – это ступенька к слиянию разума между человеком и машиной, футуристическое приложение, которое может позволить пилоту управлять самолетом с высокой интеллектуальной возможностью и быстрым навыком обучения сложных пространственных и вычислительных задач. И “Если мы сможем проверить некоторые из основных компонентов технологии, которую мы преследуем в проекте, это может иметь хорошее продолжение, в том числе за пределами обучения”, – говорит Шарма.

Но вопрос остается открытым – “Может ли эта система улучшить коммуникацию или симбиотические [отношения] между человеком и машиной?”

 

Источник: https://www.flightglobal.com/defence/us-air-force-aims-to-train-pilots-faster-using-brain-electrode/140554.article