Быстрее, выше, сообразительнее: цифровой тренажёр учёных НовГУ построит план тренировок и скажет «стоп» за полминуты до усталости

Виртуальная реальность, нейроинтерфейс и искусственный интеллект — три кита, которые объединили на одной платформе разработчики, студенты и преподаватели НовГУ, создав тренажёр для измерения концентрации внимания. С его помощью фиджитал-спортсмены смогут не только определять, насколько сильно и долго они могут удерживать внимание на каком-либо процессе, улучшать качество тренировок и подготовку к соревнованиям, но и будут понимать, в какой момент пора остановиться, если устал.

Оттачивание внимания в игре

Уникальный цифровой тренажёр состоит из VR-шлема, манипуляторов (джойстиков), и нейроинтерфейса — устройства, которое надевается на голову человека.

Нейроинтерфейс — это система для обмена информации между головным мозгом и электронным устройством. Она в виде ободка крепится к голове, считывает ритмы головного мозга  и расшифровывает, что и как совершает или хочет совершить в данный момент человек.  

На тренажёре спортсмены в игре виртуальной реальности тренируются попадать мячом в мишень. Этими действиями они оттачивают координацию движений, которая, в свою очередь, напрямую связана с контролем внимания. Нейроинтерфейс в это время распознает мозговые колебания и определяет состояние человека: что он делает в данный момент и насколько высоко его сосредоточение на этом действии. А софт, который специально разработали для этого, фиксирует и анализирует считываемые данные. Таким образом, тренажёр определяет, насколько высока концентрация внимания в момент тренировки и уровень прокачки этого навыка в разрезе собранных данных.

—   Как можно измерить уровень концентрацию внимания? Она зависит от выносливости и ментальной силы человека, — прокомментировал главный научный сотрудник Передовой инженерной школы НовГУ, профессор кафедры проектирования радиоаппаратуры, профессор кафедры информационных технологий и систем Роман Петров. — И для этого мы использовали понятие суперкомпенсации. Это способность организма восстанавливаться до уровня выше начального после каких-либо нагрузок. То есть спортсмен тренируется — набирает силу. Причём не только физическую, но и умственную. Ведь способность удерживать внимание и быстро соображать — залог победы в любом спорте. Поэтому в состав нашей научной группы вошли не только программисты, но и преподаватели по физкультуре и реальные спортсмены.

Тренер-нейросеть

А где же здесь искусственный интеллект, спросите вы? А он как раз и выступает в качестве заботливого, чуткого тренера, который следит за тренировкой спортсмена: какой у него уровень концентрации внимания во время тренировки, как прокачивается эта способность и не упадёт ли его подопечный после длительных изнурительных нагрузок. То есть нейросеть используется в анализе статистики.

— Когда мы анализируем статистику мозговых ритмов, то с помощью обученной нейросети определяем, набирается ли концентрация внимания, — добавил Роман Петров. — Кроме того, искусственный интеллект предсказывает, когда спортсмену нужно остановиться, чтобы отдохнуть. Например, человек тренируется, устаёт, но продолжает играть. И вот здесь искусственный интеллектуальный помощник заранее скажет, когда пора закончить, чтобы не только не потерять в концентрации внимания, но и не навредить здоровью. Нейросеть, считав мозговые импульсы, оповестит до начала падения кривой концентрации внимания примерно за 30 секунд. 

Дорогу осилит идущий

Как отметил Роман Петров, нейросеть, которую специально для цифрового тренажёра написали разработчики НовГУ, стала возможной только благодаря статистике, которую скрупулёзно собирали на протяжении нескольких лет.

— Одним из важнейших этапов нашей работы стал сбор статистики. Для этого мы взяли психологический тест Бурдона «Корректурная проба». И на нём набирали статистику на фокус-группах, состоящих из школьников и студентов. В этом эксперименте важно было не только настроить технику, корректно провести тестирование, но и верно разработать методику оценки результатов и провести сравнительный статистический анализ. В итоге результаты нашего тестирования совпали с результатами тестирования по Бурдону. А это означает, что мы можем использовать новую методику на практике, будучи совершенно уверенными в её верности, — резюмировал Роман Валерьевич Петров.

Тест Бурбона предназначен для оценки объёма, концентрации и устойчивости внимания. Проводится с помощью специальных бланков с рядами расположенных в случайном порядке букв, цифр или фигур. Исследуемый просматривает текст и вычёркивает указанные в инструкции буквы или знаки.

Кроме того, в рамках работы над проектом, разработчики отработали способы определения состояний мозговой активности во время различных действий. Сравнили несколько готовых нейроинтерфейсов — какие лучше работают для решения поставленных задач. Выяснили, насколько глубоко и корректно можно в принципе измерять уровень концентрации внимания, разработав собственную методику для этого.

Создание этого цифрового тренажёра стало возможным благодаря гранту Фонда содействия инновациям, который выиграла команда НовГУ в 2023 году. На них было закуплено оборудование, разработана технология, создана рабочая версия тренажёра, которая вскоре пройдёт пилотное тестирование.

— Тренажёр мы будем тестировать на фокус-группах, в которые войдут фиджитал-спортсмены разного уровня подготовки, для этого мы сотрудничаем с Федерацией фиджитал спорта Новгородской области, — рассказал директор центра «Фабрика пилотирования проектов Национальной технологической инициативы и Цифровой экономики» Никита Соснин, который курирует пилотное тестирование тренажёра. — Так мы сможем оценить работу системы и её эффективность в различных вариациях. В ходе пилотирования мы также соберём различные статистические данные, включая количество и продолжительность тренировочных сессий, изменения в уровне концентрации и реакции фиджитал-спортсменов при использовании тренажёра и их общую производительность. Ожидаем, что цифровой тренажёр поможет фиджитал-спортсменам улучшить подготовку к соревнованиям, улучшит концентрацию их внимания и реакцию.

Стоит отметить, что к августу 2024 года разработчики завершат модуль планирования тренажёра. Он будет строить план тренировок: как, с какой частотой и интенсивностью нужно тренироваться спортсмену. Также будет выпущено мобильное приложение. В нём спортсмен сможет отслеживать и управлять качеством своих тренировок и улучшать уровень подготовки к соревнованиям.

 Фото Михаил Лебедев, rawpixel.com