нейротехнологии и программирование что это
«Новая эра Web»: Университет ИТМО начинает подготовку IT-специалистов в области нейротехнологий
Мировая наука уже длительное время ломает голову над пониманием устройства и принципов работы человеческого мозга. Этот чрезвычайно сложный орган является объектом изучения во многих исследованиях.
Примерами могут быть Brain Initiative и Human Brain Project, которые стоят на пересечении таких областей, как медицина, биология и нейроинформатика.
На сегодняшний день рынок нейротехнологий оценивается в 180 миллиардов долларов, и эксперты прогнозируют, что эта цифра вырастет до 1 триллиона к 2035 году.
Спектр применимости и перспективы
Нейроразработки активно применяются в медицине для создания разного рода имплантов — кохлеарных для улучшения слуха и нейронных, помогающих восстановить зрение. Также нейротехнологии применяются в военном секторе, игровой индустрии (комплексы для развития когнитивных способностей) и образовании.
Весной 2013 года в Сан-Франциско проводилась конференция NeuroGaming Conference & Expo, во время которой 18 компаний со всего мира продемонстрировали «нейрологические» достижения в области развлечений. Например, композитор Ричард Варп (Richard Warp) представил систему NeuroDisco, которая с помощью специальной гарнитуры позволяла слушателю микшировать музыку, реагируя на изменение его эмоционального состояния.
Подобные конференции проводятся и в сфере образования. Например, во время семинара «Нейротехнологии: Улучшение человеческого мозга и изменение облика общества», проводимого институтом политических исследований PIPS, ученые делились своими мыслями о том, как новые технологии помогут улучшить когнитивные способности человека с помощью биологических, химических и сенсомоторных решений.
Что касается России, то здесь наиболее интенсивно развивающимся направлением остается нейромедтехника. Например, отечественная компания «Нейробиотикс» разработала интерфейс взаимодействия «мозг — компьютер», который дает парализованным пациентам возможность управлять экзоскелетами с помощью электроэнцефалограмм. Достижение было опробовано в рамках соревнования Сybathlon для «спортсменов-киборгов».
Еще одна компания, работающая в этой области, — «Моторика», которую основал выпускник факультета Точной механики и технологий Университета ИТМО Илья Чех. Команда работает над созданием доступных протезов с использованием 3D-печати, чтобы помочь детям с травмами рук.
При этом «Моторика» занимается разработкой и бионических протезов, которыми можно управлять сигналами нервной системы, снимаемыми с предплечья. Разработчики планируют запустить в продажу первый российский бионический протез целой руки, и на сегодняшний день уже создан протез кисти, который успешно прошел тестирование.
Еще одной перспективной областью развития нейротехнологий является сектор образования. По прогнозам специалистов группы «Нейронет», занимающейся развитием интернета, электронное обучение в скором времени найдет применение для нейровычислительных интерфейсов. Шлемы виртуальной реальности начнут следить за психоэмоциональным состоянием студента, предотвращая «перегорание».
«Популярность онлайн-обучения растет год от года, но есть и ряд проблем: до сих пор онлайн-курсы успешно заканчивают не более 5% слушателей, — комментирует заведующая кафедрой Компьютерных образовательных технологий Университета ИТМО Любовь Лисицына. — Путь к решению проблемы низкой результативности онлайн-курсов лежит в развитии технологий электронного обучения, в использовании новых моделей и методов для реализации нейроинтерфейсов с целью расширения ресурсов мозга».
Поэтому сотрудниками Университета ИТМО ведутся разработки по созданию специальных программно-аппаратных комплексов для исследования поведения человека во время обучения. В компании «Нейронет» заявляют, что нейротехнологии являются перспективным и многообещающим направлением. Они также предполагают, что в 2035 году сфера нейрообразования на мировом рынке будет оцениваться в 280 миллиардов долларов.
Особенности подготовки специалистов по нейротехнологиям
Международное аналитическое агентство Мarkets and markets провело исследование и выяснило, что одним из главных ограничивающих факторов роста рынка нейротехнологий является недостаток квалифицированных технических экспертов для разработки и поддержки сложных нейроинтерфейсов. При этом, как считают в аналитической компании Allied Market Research, к 2020 году разработка нейротехнологий станет одним из самых наукоемких процессов.
В первую очередь это связано с тем, что нейротехнологии стоят на пересечении компьютерных наук, биологии, медицины, материаловедения и машиностроения. Чтобы преуспеть в этой области недостаточно просто уметь программировать — необходимо знать устройство центральной нервной системы, понимать, как функционирует мозг, и разбираться в особенностях работы человеческого организма в целом.
Объединить эти области знаний решили в Университете ИТМО. С 2017 года на кафедре Компьютерных образовательных технологий появится новая программа бакалавриата «Нейротехнологии и программирование». Как отмечает Любовь Лисицына, на текущий момент в России нет ничего подобного, а решение об открытии является реакцией на запросы рынка труда.
Что будут уметь выпускники?
Первый блок программы обучения включает в себя программирование на нескольких языках с применением пакетов специализированного ПО и спецификаций. В основе второго блока лежит ознакомление с результатами научных исследований Университета ИТМО, связанных с нейротехнологиями.
«За время курса студент приобретет навыки создания программных систем с использованием нейроинтерфейсов для решения разных задач. Например, для идентификации личности, для определения эмоционального состояния человека, для развития когнитивных функций», — рассказывает Любовь Лисицына. Таким образом, выпускник будет не только хорошим программистом, но и получит знания об искусственном интеллекте, биометрии, аффективных вычислениях.
Получить дополнительную информацию о содержании программы «Нейротехнологии и программирование», а также задать вопрос напрямую можно на сайте кафедры.
Где учиться нейротех-программированию
Заведующая кафедрой «Компьютерные образовательные технологии» Университета ИТМО рассказывает о профессии программиста в сфере нейротехнологий.
Научно-технический прогресс ускоряется с каждым днем; быстрее меняется и окружающая нас реальность. В этих условиях выбор и обучение профессии становится всё более сложным делом: мало выбрать специальность, которая востребована сегодня – и вузы, и абитуриенты должны уметь заглянуть далеко вперёд и найти профессию, которая останется нужной спустя десятилетия.
Но и этого мало: чтобы после окончания университета выпускник чувствовал себя комфортно и мог легко конкурировать на рынке труда, он должен понимать важнейшие тенденции развития его компетенций. Другими словами, молодой специалист должен представлять, какой станет в ближайшем будущем сфера его профессиональной деятельности, какие задачи ему предстоит решать и где откроются наибольшие перспективы для роста.
В этой связи самой многообещающей является, пожалуй, профессия программиста: ребята, которые выберут эту стезю, точно не останутся без работы и через пять лет, и через двадцать пять. К чему стоит готовиться сегодняшним абитуриентам, задумывающимся о поступлении на специальности Computer Science?
Читайте также :
Попробую ответить на примере одной из сфер применения их талантов — сферы нейротехнологий. Эта сфера станет одной из самых востребованных и интересных в ближайшем будущем, она окажет влияние на все отрасли экономики и вместе с тем столкнётся с острым кадровым голодом.
Область нейротехнологий лежит на стыке таких областей, как нейрофизиология, медицина, когнитивная психология и информатика. Это технологии, которые базируются на принципах функционирования нервной системы человека, и требуются они для того, чтобы исследовать наш мозг (а ведь мы даже сегодня знаем о нём гораздо меньше, чем, например, о космосе) и создать продукты и услуги, основанные на механизмах его работы.
Глобальный рынок нейротехнологий сегодня оценивается в 180 миллиардов долларов, а к 2035 году, по прогнозам экспертов, достигнет 1 триллиона. Безусловно, эта индустрия в ближайшее время будет испытывать потребность в подготовке квалифицированных программистов.
В России рынок нейротехнологий активно формируется. Его становление и развитие является основной задачей Национальной технологической инициативы (НТИ) Нейронет, «дорожная карта» которой была одобрена в 2016 году президиумом Совета при Президенте РФ по модернизации экономики и инновационному развитию России. Нейронет станет следующим этапом развития современного интернета (Web 4.0), в котором взаимодействие участников (человек—человек, человек—машина) будет осуществляться с помощью новых нейрокомпьютерных интерфейсов — то есть компьютеры станут нейроморфными (похожими на мозг). Это потребует большого числа программистов, готовых решать новые задачи, связанные с разработкой и реализацией нейротехнологий в самых различных сферах деятельности (медицина, фармакология, образование, коммуникации).
Задачи сферы нейротехнологий
Это может быть интересно :
Какие задачи актуальны для вышеупомянутой сферы нейротехнологий? Приведу в пример несколько актуальных задач, над которыми работают, в частности, учёные Университета ИТМО.
Во-первых, это задача непрерывной идентификации пользователей электронных систем на основе измерения его биометрических показателей. Такие технологии будут иметь широкое применение: корпоративные системы с санкционированным доступом, «умные дома», дистанционное обучение и др. Думаю, в ближайшем будущем нас ожидают сюрпризы от разработчиков новых средств для биометрической идентификации личности.
Во-вторых, задача непрерывного отслеживания функционального состояния человека в процессе его познавательной деятельности. Не секрет, что при этом нервная система человека испытывает серьёзные нагрузки. Например, ученик, проходящий онлайн-курс без участия преподавателя, не всегда самостоятельно чувствует тот момент, когда стоит остановиться и отдохнуть, а длительное перенапряжение может вызвать заболевания. Мы разработали и используем на практике методы для контроля функционального состояния человека и своевременной диагностики критических для его здоровья состояний. Однако уже сейчас понятно, что решение этой задачи сопряжено с многочисленными проблемами (сбор и обработка больших объёмов информации, целесообразное использование методов теории искусственного интеллекта и др.), которые смогут решить только программисты следующего поколения.
В-третьих, задача «фитнеса мозга» человека, позволяющего существенно расширить его когнитивные способности (внимательность, скорость мышления, память и т. п.). Это потребует создания принципиально новых программных средств виртуальной реальности для когнитивных тренингов и тренингов по релаксации.
В-четвертых, задача геймификации взаимодействия пользователей с электронными системами для того, чтобы их «общение» было более продуктивным. Решение данной задачи связано не только с разработкой новых игровых механик, но и с исследованием латентных (скрытых) характеристик поведения человека.
Необходимые компетенции
Читайте также :
Программирование в сфере нейротехнологий, при всей внешней привлекательности, имеет свои особенности и ограничения. Хочу дать несколько советов тем, кто собирается выбрать эту стезю.
Но этим проблему не решить. Обучение бакалавра длится четыре года, и выходит, что к моменту получения молодым специалистом диплома его знания уже во многом устарели. Поэтому при выборе такой профессии абитуриент должен отдавать себе отчет в том, что ему придется многому обучаться самостоятельно. Собственно, это и является одной из важнейших целей подготовки программистов: приучить студента заниматься своим самообразованием в течение всей жизни.
Во-вторых, это профессия молодых. Как правило, с возрастом многие программисты стремятся уйти от рутинной работы и стать руководителями и аналитиками IT-проектов, уступая места рядовых программистов свежеиспечённым выпускникам университетов. Для такого карьерного роста понадобится хорошая базовая подготовка в области точных наук. Предметное программирование тесно связано с задачами моделирования, а моделирование — это прежде всего математика на очень приличном уровне. И абитуриент должен понимать, что он любит эту науку, иначе идти в программисты нет смысла.
В-третьих, профиль образовательной программы для программистов должен быть связан с актуальными прикладными задачами. Время «чистых» программистов прошло! Сегодня любой потенциальный работодатель отдаёт предпочтение тем, кто разбирается в задачах, специфичных для данной индустрии, знает модели и методы их решений и может предложить свой способ, который позволит компании получить преимущество на рынке. Поэтому при выборе образовательной программы абитуриент должен критически оценить свои склонности и симпатии и выбрать ту программу, которая соответствует интересам его потенциальных работодателей.
Где учиться в России
Что же сегодня предлагают университеты тем выпускникам школ, которые решат связать свою жизнь с участием в проектах Нейронет в качестве программистов? А вот здесь вопрос остается открытым: к сожалению, в отечественных вузах образовательных программ для IT-специалистов в области нейротехнологий пока практически нет.
Первую в России программу подготовки бакалавров по данному направлению запускает в 2017 году Университет ИТМО – это программа «Нейротехнологии и программирование», открытая на кафедре «Компьютерные образовательные технологии». Разрабатывая данную программу, мы постарались учесть все аспекты, о которых говорилось выше: в ней сочетается мощная математическая база, формирование продвинутых навыков программирования и серьезная подготовка в области наук, изучающих мозговую активность человека – при этом обучение ведется через вовлечение студентов в решение упомянутых задач развития нейротехнологий. Смею надеяться, что в обозримом будущем российские вузы смогут предложить абитуриентам, интересующимся данной сферой, более широкий выбор. Ну а пока – добро пожаловать в Университет ИТМО!
Нейротехнологии и программная инженерия
ПАСПОРТ ПРОГРАММЫ
Программа магистратуры нацелена на подготовку специалистов под действующую отрасль в реальном секторе экономики с поддержкой одним или несколькими предприятиями.
09.04.04 Программная инженерия
Программное обеспечение для реализации нейротехнологий
Программное обеспечение для сферы телекоммуникаций
ДОКУМЕНТЫ
ПАРТНЕРЫ ПРОГРАММЫ
ОПИСАНИЕ ПРОГРАММЫ
В рамках магистерской программы «Нейротехнологии и программная инженерия» вы изучите не только современную методологию программной инженерии, но и средства для разработки и использования нейротехнологий.
Программа имеет 2 специализации:
Специализация 1. Программное обеспечение для сферы телекоммуникаций
В рамках этой специализации вы пройдете обучение по следующим профильным дисциплинам:
Дисциплины 1, 2 и 4 реализуются на базе корпоративного партнера АО «Нэксайн», что позволяет приблизить обучение к лучшим практикам создания и прототипирования сложных программных систем для сферы телекоммуникаций, в том числе с использованием BitBucket, TeamCity, Ansible, Docker, Kubernetes и др. Не останутся без внимания и вопросы тестирования и автоматизации развертывания программного обеспечения (ПО), экономической составляющей его разработки на всех этапах жизненного цикла.
Специализация 2. Программное обеспечение для реализации нейротехнологий
В рамках этой специализации вы пройдете обучение по следующим профильным дисциплинам:
Сильная сторона этой специализации — прекрасная материально-техническая база, созданная на нашем факультете для разработки, исследования и использования различных интерфейсов программных систем, в том числе «мозг-компьютер». Она включает в себя не только оборудование от корпоративного партнера этой специализации ООО «Брейн Девелопмент», но и таких ведущих производителей как OpenBCI, HTC, Great Lakes NeuroTechnologies BioRadio, Bitronics Lab и др.
Во время обучения вы сможете проводить научные исследования:
Нейротехнологии и программирование что это
О том, как стремительно развивающиеся технологии меняют мир, в котором мы живем, как-то уже даже неловко говорить. С каждым десятилетием мы все увереннее претворяем в жизнь плоды воображения писателей-фантастов, и уже вплотную подобрались к созданию искусственного интеллекта и протезированию конечностей, сродни тому, что дало Люку Скайуокеру новую руку в шестом эпизоде «Звездных войн». Да и сверкающий золотом секретарь Си3ПиО из той же кинематографической саги уже не выглядит таким уж далеким от жизни персонажем – роботы-ассистенты потихоньку появляются не только на выставках инновационных достижений, но и в привычных нам магазинах, вроде «Библио-Глобуса».
Очевидно, подобное положение вещей открывает значительные перспективы и в области карьеры, ведь появляются новые профессии, которые выглядят весьма увлекательными и многообещающими. Нейротехнологии – технологии, направленные на получение знаний о мозге и нервной системе – позволяют работать в самых разных профессиональных областях. Спектр деятельности нейротехнолога очень широк, специализации могут быть самые разнообразные: от создания искусственных нейронных сетей до протезирования конечностей человека, от нейропилотирования до борьбы с нейродегенеративными заболеваниями. В чем же суть работы нейротехнолога и как им можно стать?
Прежде всего, эта работа требует определенных качеств и готовности с удовольствием предаваться серьезным исследованиям на стыке наук.
«Нейротехнологии – мультидисциплинарная наука. Здесь много математики, физики, биологии, психологии и т. д. Какие-то области требуют больших знаний в математике, а какие-то в биологии и физиологии. Очень важен интерес к науке в целом и в частности. И конечно же, терпение и упорство – эти качества необходимы при занятии любыми новыми разработками», – замечает Руководитель центра дополнительного образования МТИ (Московского технологического института) Алексей Плетенец.
В каком именно направлении нейротехнолог предпочтет работать – решать ему. Можно посвятить себя лечению людей – направление чрезвычайно востребовано в медицине. Нейропротезирование позволяет людям, утратившим в результате травмы или болезни ту или иную физическую способность, если не вернуться к полноценной жизни, то значительно улучшить свое положение. Например, кохлеарныйимплантант, который вживляется под кожу людям, практически лишенным слуха, возвращает их в мир звуков; им пользуются уже сотни тысяч человек в мире. Бионические конечности позволяют полноценно действовать тем, кто лишился рук и ног.
Особенно важны достижения нейропротезирования, когда речь идет о парализованных людях – благодаря работе нейротехнологов, они получают возможность взаимодействовать с окружающим миром. Пример ДжулианоПинто, который стараниями бразильского врача Мигеля Николелиса открыл Чемпионат мира по футболу в Бразилии в 2014 г. – открыл, ударив ногой по мячу, несмотря на паралич ног – выглядит чрезвычайно вдохновляющим.
Работа над созданием экзоскелетов и бионических органов – одно из весьма перспективных направлений в области нейротехногии, к тому же эта работа обещает быть благодарной.
Не стоит забывать, что профессия неразрывно связана с ИТ-технологиями, поэтому любители повозиться с компьютером тоже найдут здесь для себя широчайшее поле деятельности – от создания интеллектуальных фитнес-трекеров до разработки шлемов виртуальной реальности. Впрочем, этим дело не ограничивается.
«Многие ассоциируют нейротех с медициной и ИТ, это можно объяснить тем, что на текущий момент наибольшее количество разработок воплощено в этих сферах. Тем не менее, направлений больше. Выделяют несколько основных: НейроФарма и НейроМедтехника; НейроОбразование – методики ускоренного обучения, усиление ресурсов мозга и т. д.; НейроРазвлечения и спорт – брейнфитнес, пользовательские нейроинтерфейсы; НейроМаркетинг; НейроАссистенты – гибридный и искусственный интеллект», – поясняет Алексей Плетенец.
Нейробиотехнологии и впрямь представлены в широчайшем спектре: нейрокомпьютеры, перерабатывающие информацию, опираясь на принципы работы нейронных сетей, имеют способность к самообучению, так что умные машины могут уже самостоятельно оптимизировать собственную работу. Вживленные в нервную систему микрочипы (мозговые импланты, о которых шла речь выше) принципиально меняют жизнь людей с различными заболеваниями и травмами. Мозг-компьютерные интерфейсы (МКИ) открывают принципиально новые возможности работы с компьютером, делая вполне зримой перспективу, в которой мы будем отдавать команды без помощи мышки или клавиатуры, а просто мысленно. Кроме того, именно МКИ обещают парализованным людям обрести возможность полноценной жизни. Нейрофармакология, нейроэкономика, нейроимиджинговые технологии – разнообразие специальностей практически неисчерпаемо, и они активно входят в нашу жизнь.
Надо сказать, что достижений в нейронауке на сегодняшний день уже очень много: помимо создания бионических протезов, среди них можно назвать стимуляцию слабыми магнитными полями, что позволяет временно усиливать когнитивные способности (проще говоря, способности к обучению). Есть и другие впечатляющие вещи – например, нейронные сети научились по данным ЭЭГ человека рисовать лицо, которое испытуемый представлял или вспоминал во время эксперимента.
А уж перспективы развития здесь прямо-таки захватывающие дух, ведь область совершенно новая. Хотя с учетом того, насколько молниеносно появляются и входят в жизнь технологические новинки всех сортов, похоже, скоро она станет вполне обыденной и привычной. Если разобраться, множество биометрических приборов уже сейчас получили широкое распространение – скажем, те же фитнес-трекеры. Есть и более любопытные вещи, например, носки Sensoria, которые считывают информацию о физическом состоянии хозяина, пока он бежит, (а заодно и о его маршруте), чтобы потом выдать ему исчерпывающую информацию о проделанной работе и его физическом состоянии, попутно советуя, как улучшить стиль бега и какую модель кроссовок предпочесть в следующий раз.
Постепенно набирают популярность пользовательские нейроинтерфесы (приборы, распознающие Альфа-, Бета- и другие волны, излучаемые мозгом). Одни из них позволяют мониторить состояние человека и давать рекомендации по образу жизни, предупреждать нежелательные для здоровья состояния и даже предотвращать опасные ситуации: например, не давать завести автомобиль человеку во время нервного срыва или ярости. Другие позволяют тренировать определенные состояния (это может быть важно, например, для спортсменов) – скажем, тренажер MUSE. Третьи, скорее, развлекают – такие, как популярные у японской молодежи «ушки» Necomimi, встающие торчком или опускающиеся в зависимости от мозговой активности. Кроме того, различные био- и нейрогарнитуры могут использоваться для более реалистичного погружения человека в виртуальноую реальность.
Особняком идет такая отрасль профессии, как разработка роботов-ассистентов, здесь тоже необходимо участие нейротехнологов, ведь общение с «электронным секретарем» требует создания соответствующего мозг-компьютерного интерфейса. Словом, специалист-нейротехнолог может найти себе применение практически в любой сфере деятельности.
Остается вопрос, как же стать профессионалом в такой многообещающей области? Если речь идет о старшеклассниках, все довольно просто – можно пойти в Школу юных нейротехнологов при МТИ. Со взрослыми несколько сложнее.
«Сегодня в России есть несколько вузов, в которых можно найти магистратуру или аспирантуру, связанную с нейротехнологиями, но таких пока немного, – рассказывает Алексей. – К сожалению, бакалавриата по данному направлению еще нет. Сейчас наша школа работает только с детьми и подростками, мы надеемся, что к моменту их поступления в вуз уже найдутся подходящие программы обучения. К тому же, мы сами думаем над тем, чтобы начать заниматься этим вопросом».
Решая, насколько вам подойдет данная профессия, не стоит забывать, что нейротехнолог – профессия наукоемкая, требующая большого интереса к самым разным дисциплинам от математики до биологии, аналитического мышления и огромной любознательности.
«Сложно учиться или нет – на этот вопрос должен каждый отвечать самостоятельно, – комментирует Плетенец. – Студенты, поступающие в магистратуру или аспирантуру, вполне могут выбрать себе соответствующую специальность и заниматься далее нейротехом. То же касается и взрослых: нужно поступить и прилежно учиться, однако здесь сложность кроется в том, что работающий человек с малой вероятностью сможет присутствовать на всех занятиях, уделять огромное количество времени учебе и научным исследованиям. А это очень важный момент».
В любом случае, в магистратуру по специальностям, связанным с нейротехнологиями, могут идти не только выпускники факультетов, связанных с информатикой. Для дальнейшей работы в этой области могут расширить и повысить свою квалификацию также медики и биологи (правда, для этого им придется сдать соответствующий междисциплинарный экзамен). Математики, лингвисты и психологи также имеют хорошую возможность освоить перспективную специализацию.
В общем и целом, нейронауки можно разбить на три большие области: клеточные, когнитивные и математические. Если вы чувствуете в себе склонность к изучению фундаментальных принципов работы нервной системы, вам подойдет первая. Если вам ближе психология, лингвистика или экономика, имеет смысл обратить внимание на когнитивные нейронауки. Математические же, как следует из названия, отвечают за синтез нейронаук с математикой, физикой, информатикой.
Если же научные исследования – не ваша стезя, что ж… Возможно, стоит подождать десяток-другой лет, и то, что сейчас относится к инновационным экспериментальным разработкам, войдет в совершенно другие, привычные нам профессии в качестве удобных инструментов. Водители будут использовать силу мысли для управления автомобилем, спасатели – разбирать завалы с помощью экзоскелетов, а компьютеры считывать команды напрямую из мозга.