Пойми меня, если сможешь

Нейроинтерфейсы — системы, позволяющие управлять устройствами при помощи мыслей, то есть за счет передачи данных о физиологических параметрах объекта или данных о его мозговой активности. Помимо физиологических, важны и биометрические параметры, то есть присущие определенному человеку. На память сразу приходят отпечатки пальцев, радужка глаза. Это статические показатели, которые не меняются в течение жизни. Существуют также динамические — походка, электронный почерк, уникальная траектория движения глаз, изменение электрической активности мозга и сердца.

Перспективы нейроинтерфейсов зависят от того, насколько они будут удобны пользователю, и насколько полученные с них данные будут интересны для анализа. Уже сейчас понятно, что нейроинтерфейсы удобно использовать совместно с другими датчиками для отслеживания биологических параметров. Масштабное внедрение нейроинтерфейсов начнется, как мне кажется, в области безопасности: не только для определения подозрительных персонажей, но и в тех сферах, где от состояния человека зависит конечный результат деятельности. Водители, пилоты вынуждены длительно концентрировать внимание, поэтому их, возможно, обяжут пользоваться нейроинтерфейсами. Затем последуют области, требующие от человека максимально эффективных действий: образование и спорт.

Что касается искусства, то это скорее область, где перспективы использования нейротехнологий обретают иносказательный, в чем-то мифологический вид, и заставляют нас задуматься над философским и этическим аспектами технического прогресса.

Наталья Луковникова,
директор центра научно-технического форсайта Университета ИТМО

Следить, чтобы обучать

Глобальная проблема, с которой сталкиваются создатели онлайн-курсов, — низкий процент людей, успешно завершивших обучение. Обычно онлайн-курсы рассчитаны на средний уровень обучающихся. Получается, одни студенты теряют интерес, потому что знают все, а другие — в силу сложности материала. Еще одна из причин недовольства студентов — неудобный темп подачи информации. Чтобы увеличить процент успешно прошедших онлайн-курсы, разумнее использовать индивидуальный подход в организации обучения.

90 %

столько студентов отсеиваются на некоторых онлайн-курсах, по данным исследования 2013 года Стэнфордского университета

Наша задача — научиться определять уровень психоэмоционального напряжения обучающегося и в зависимости от полученных данных адаптировать курс под конкретного человека.

Андрей Лямин,
директор центра дистанционного обучения Университета ИТМО

Техническое оснащение

Веб-камеры

Общедоступные устройства, причем их стандартная частота в 25 Гц позволяет применять алгоритмы для идентификации личности человека. Однако потребуется специализированный софт для обработки данных.

Пульсометры

Бывают нагрудные и в виде браслетов. Различаются по физическому принципу действия: электрический или оптический.

Электрокардиографы

Используются в медицине для снятия кардиограммы. Характеризуются частотой дискретизации сигнала и количеством каналов отведения.

Источник: http://www.kardi.ru/upload/userfiles/files/KardiRU-hand.jpg

Айтрекеры

Определяют позицию глаз в пространстве и траекторию движения взгляда. Наиболее часто используются бесконтактные оптические айтрекеры, которые можно разделить на два типа: носимые, выполненные в виде очков, и дистанционные, крепящиеся непосредственно
к монитору компьютера.

Источник: http://www.technews.org/wp-content/uploads/upimages/1376946986_head_mounted_eyetracker_large.jpg

Электроэнцефалографы

Исследовательские энцефалографы выполнены в виде носимого устройства. Шапочки или симпатичной гарнитуры. Они имеют передатчик данных — флешку,
которая подключается к компьютеру.

Нет стрессу

По степени напряжения выделяют три зоны, в которых может пребывать человек. Красная — сильный стресс, зеленая — расслабление. Между ними — желтая зона, которая и считается оптимальной для изучения материала. Обучение — тяжелая работа, поэтому оно не может происходить в расслабленном состоянии. Однако не стоит входить и в красную зону — там информация не фиксируется в памяти. Человек в итоге теряет время и интерес.

Существует типовой подход для оценки уровня напряжения при тестировании — анализ движения мышки студентом и его ответов. Однако он не показателен. Человек может просто откинуться на спинку кресла и ничего не делать или случайно водить мышкой. Гораздо точнее уровень напряжения определяют с помощью биометрии.

Идентификация психофизиологического состояния студента происходит онлайн. Для этого испытуемый должен приобрести один из биометрических приборов. Можно ограничиться пульсометром, стоимость которого минимальна, или купить популярные смарт-часы — они тоже умеют измерять пульс. Когда хозяин гаджета откроет системе доступ к его данным, она начнет управлять темпом обучения. Например, если ученик перенапряжен — даст ему компьютерную развлекательную игрушку или выведет на экран релаксационную анимацию. Пользователь снимет стресс и продолжит обучение.

Разумная система

Ни один автор не разработает онлайн-курс, который бы охватывал все уровни и стили обучения. Гораздо удобнее создать систему, где нужные материалы формируются автоматически.

Система смотрит, правильно ли человек выполнил задачу и каков в данный момент уровень его напряжения. Если зафиксировано стрессовое состояние, то, чтобы выработать навык решения сложного задания, система повторит его еще раз, но уже с другими параметрами через какое-то время. Если уровень напряжения снизится, то задание больше не выдается. Такие тренажеры не требуют от автора много работы: главное — установить параметры для заданий и алгоритм рандомизации их значений.

Паспорт не потребуется

Еще одна проблема в онлайн-обучении — признание результата. Ты просмотрел курс и хочешь, чтобы его зачли в твоем вузе. Однако этого не происходит. Почему? Потому что у вуза нет оснований верить, что учился именно ты. Нет стандартной процедуры, которая позволила бы образовательной организации проверить подлинность полученных знаний.

Используя нейроинтерфейсы, реально выдавать биометрические подтверждения прохождения онлайн-курсов. Личность ученика можно идентифицировать. Например, по анализу траектории движения глаз. Даже когда вы непрерывно, как вам кажется, переводите взгляд из одной точки в другую, он двигается по дискретам. То есть перемещается на небольшое расстояние, останавливается. Еще двигается, еще раз останавливается и так далее. Эти промежутки концентрации и перемещения называются фиксации и саккады. Они индивидуальны для каждого человека. Мошенники легко могут подделать то, что осязаемо или видимо. Заимствуют ключ, копируют отпечатки пальцев и даже радужную оболочку. А вот динамику движения глаза сымитировать невозможно.

Докажи, что научился

Результаты обучения студента и его уровень овладения тем или иным навыком подтверждаются с помощью оценки траектории движения взгляда и степени сосредоточенности на определенных точках. Если сравнивать дилетанта и профессионала, можно заметить, что новичок совершает взглядом много лишних движений. Каждое движение тратит энергию организма, а это приводит к нарастанию напряжения.

Аналогичная ситуация возникает при обучении. Предположим, два студента сдают один и тот же тест. Они получают одинаковую оценку, но первый студент выполняет задание c минимальными энергозатратами, а второй — с максимальными. Так происходит из-за разного уровня подготовки. Навыки — это умения, отработанные до автоматизма. Без биометрии проверить их очень сложно, можно выявить только знания или умения. Биометрические измерения показывают, на каком уровне напряжения человек проходит испытание. Если студент проходит тест на автомате, значит навык отработан.

Фактически можно отказаться от заданий с прямыми вопросами и прямыми ответами. Даем пользователю задачу и с помощью анализа биометрических сигналов понимаем, на каком уровне он ее решает. Анализ траектории взгляда также поможет понять, что именно в процессе обучения человек делал не так, и вовремя предоставить ему подсказки или вспомогательные материалы.

Кружки-точки на картинке — это места, где испытуемый концентрировал взгляд в определенный момент времени. Чем больше круг, тем дольше он заострял свое внимание на этом месте.

Широкие возможности нейроинтерфейсов

Нейроинтерфейсы широко используются в обычных компьютерных играх, чтобы повысить «дружелюбность» системы для пользователя. Аналогичные устройства подходят и для образовательных целей. Таким образом, обучение становится похожим на игру.

Когда-нибудь наступит момент, когда мы будем общаться без слов, уходя от посредников. Сможем передавать мысли, ощущения. По сути, нейротеатр и есть эксперимент невербального общения в будущем. И здесь речь идет не только о взаимоотношениях между людьми, но также и о взаимодействиях с предметным миром. На репетициях мы обучали нейросеть: предлагали актерам поставить себя в конкретную ситуацию, вспомнить определенные ощущения. Примечательно, что актеры управляют пьесой, исходя из своих внутренних состояний, причем неподконтрольно. Этот момент интересен тем, что каждая последующая постановка не будет похожа на предыдущую. Конечно, общая канва, структура будет — мы же репетировали и тренировались, но конечный результат в нейротеатре всегда разный.

Дарья Чиримисина,
организатор нейротеатра, магистрант Университета ИТМО