Штучний інтелект може зробити майбутні системи штучного зору точнішими та чутливішими. У дослідженні, опублікованому в журналі Neuron, науковці використали глибинне навчання, щоб керувати електричною стимуляцією зорової кори незрячої людини. Такий підхід дозволив отримувати точніші реакції нейронів, використовуючи менший електричний струм.
Результати можуть допомогти в розробці візуальних протезів, які обходять пошкоджені очі або зорові нерви й безпосередньо стимулюють зорову кору головного мозку. Мета таких пристроїв — створювати в людини відчуття світла та певних візуальних образів.
Як випробовували ШІ на незрячій людині
У дослідженні взяли участь науковці Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі, ETH Zurich та Університету Мігеля Ернандеса. Вони випробували новий підхід на 27-річному чоловікові, який втратив зір унаслідок черепно-мозкової травми.
У лікарні в Іспанії учасникові тимчасово імплантували пристрій із 96 електродами, розміщеними для стимуляції зорової кори. Електричні імпульси викликали фосфени — суб’єктивні відчуття спалахів або світлових форм, які виникають без відповідного зовнішнього зорового сигналу.
Команда під керівництвом професора Каліфорнійського університету Майкла Бейлера навчила глибоку нейронну мережу прогнозувати реакції мозку на різні схеми стимуляції. Модель також враховувала вимірювання фонової активності мозку, щоб пристосовуватися до змін його стану перед кожним випробуванням.
Чому важливо враховувати активність мозку
Схеми стимуляції, розроблені за допомогою ШІ, забезпечували точніші цільові нейронні реакції та потребували меншого електричного струму, ніж підходи, з якими їх порівнювали. Крім того, дослідники з’ясували, що зареєстрована активність мозку краще передбачала візуальні відчуття учасника, ніж самі параметри електричної стимуляції.
Це важливо, оскільки реакція мозку не завжди прямо відповідає сигналу, який подає електрод. Електроди можуть взаємодіяти між собою, а активність нейронів — змінюватися. Тому однакова схема стимуляції не обов’язково щоразу створюватиме однакове сприйняття.
«Інженери природно хочуть сприймати фосфени як пікселі: стимулюйте більше електродів — і отримаєте повніше зображення. Але мозок працює не так», — пояснив Бейлер.
Особливість імпланта полягала в тому, що він міг не лише стимулювати нейрони, а й реєструвати їхні відповіді. Це дозволяло алгоритму навчатися на реальних даних про активність мозку. Сам учасник також описував спалахи, які сприймав, зокрема їхню яскравість, розмір, форму та колір.
Перспективи персоналізованого біонічного зору
У перспективі така технологія може допомогти людям, які втратили зір через травми, неврологічні порушення або спадкові захворювання. Особливо важливою вона може бути для тих, хто раніше мав зір, але згодом утратив його внаслідок нещасного випадку чи хвороби.
Дослідники наголошують, що нинішня робота є ранньою демонстрацією можливостей підходу, а не готовим рішенням для відновлення повноцінного зору. Проте вона показує, як обчислювальні моделі можуть допомагати налаштовувати експерименти безпосередньо за участю людей.
На думку Бейлера, ефективний візуальний протез не повинен покладатися на незмінну схему стимуляції. Він має навчатися реагувати на особливості конкретного мозку й постійно адаптувати електричні сигнали відповідно до його відповідей.
Отже, майбутні біонічні системи зору можуть бути не просто пристроями, які передають імпульси до мозку, а персоналізованими системами, здатними підлаштовуватися під людину.