Торстен О. Зандер

Торстен О. Зандер
Рожденный	1975 Люденшайд , Германия
Род занятий	соучредитель Zander Labs и профессор Лихтенберга
Веб-сайт	судачьи лаборатории .com нейроадаптивный .org

Торстен О. Зандер (родился в 1975 году в Люденшайде, Германия) — немецкий учёный, представивший концепцию пассивного интерфейса «мозг-компьютер» . Он стал соучредителем Zander Labs. немецко-голландская компания в области пассивного мозгового компьютерного интерфейса (pBCI) и нейроадаптивных технологий (NAT).

Образование

Зандер учился в Мюнстерском университете с 1998 по 2004 год, где окончил факультет математики с упором на математическую логику. Во время учебы он работал в университетском офисе по поддержке пользователей с нарушениями зрения, а также в Первом институте Фраунгофера в Берлине. В 2011 году получил степень доктора философии. с кафедры человеко-машинных систем в Берлинском техническом университете под руководством профессора, доктора технических наук. Маттиас Реттинг и доктор Скотт Макейг (директор SCCN в UCSD).

Научная карьера

Во время учебы в Мюнстерском университете Цандер заинтересовался междисциплинарными науками и начал работать над концепциями, связанными с человеческим и искусственным интеллектом. Его работа в области интерфейсов «мозг-компьютер» (BCI) началась во время его сотрудничества с Первым институтом Фраунгофера, где он участвовал в исследованиях, связанных с приложениями, позволяющими людям с ограниченными возможностями общаться с внешним миром.

Затем он получил докторскую степень в Техническом университете Берлина. и основал рабочую группу под названием «Team PhyPA» (Физиологические параметры адаптации человеко-машинных систем), которая функционирует до сих пор. В 2008 году вместе с этой группой он разработал концепцию пассивных интерфейсов «мозг-компьютер» (pBCI), которая подразумевает использование BCI для улучшения взаимодействия человека с компьютером путем оценки информации о состоянии пользователя. Этот подход отличается от традиционных BCI, поскольку не требуется никаких явных команд и, следовательно, от пользователя не требуется никаких дополнительных усилий. Благодаря своей работе над пассивными BCI Зандер получил международное признание в научном сообществе и средствах массовой информации.

Он основал группу «Сообщество пассивных исследований BCI». затем оно перешло в Общество нейроадаптивных технологий, которое Зандер возглавляет совместно с профессором доктором Стивеном Фэйрклафом. Он организовал серию конференций по теме нейроадаптивных технологий, которые получили большое международное внимание.

Он участвовал в исследованиях за пределами Германии, например, в сотрудничестве с Центром вычислительной нейронауки Шварца и Департаментом когнитивных наук в Сан-Диего, США. Также вместе сЛейбница из Тюбингена, он провел исследование о значении пассивного BCI в образовании как вспомогательного инструмента, предназначенного для борьбы со скукой посредством адаптивного и персонализированного обучения.

После сотрудничества с Институтом Макса Планка в исследовании робототехники он присоединился к постдокторской рабочей группе Бернхарда Шёлкопфа , где в дальнейшем сосредоточился на разработке алгоритмов машинного обучения в контексте пассивного BCI. Здесь он помог улучшить и стабилизировать первоначальную методологию и стал более решительным в работе над узкими местами взаимодействия человека и компьютера.

Вернувшись в Технический университет Берлина, он исследовал автономное обнаружение пользовательских моделей с помощью пассивного BCI. В ходе исследования эксперимент с неявным управлением курсором продемонстрировал адаптацию компьютера к пользователям путем расшифровки их ожиданий в реальном времени.

Эта тема стала основным исследовательским интересом Зандера и теперь называется нейроадаптивной технологией. Его публикации затрагивают этические соображения этого нововведения, поскольку оно подразумевает потенциальные угрозы конфиденциальности мысли и собственности. В 2020 году он получил степень профессора кафедры нейроадаптивного взаимодействия человека и компьютера в Бранденбургском технологическом университете .

Помимо преподавания курсов, связанных с BCI, он по-прежнему активно возглавляет «Команду PhyPA». Их исследования сосредоточены на нейроадаптивных технологиях, исследованиях удобства использования в контексте взаимодействия человека с компьютером и других нейробиологических темах. Команда также организует регулярные семинары на конференциях, таких как Neuroergonomics Conference,

В корпоративной сфере Зандер сотрудничал с такими компаниями, как Microsoft , Volkswagen , Brain Products, Cognionics или Airbus Central R&T. Он также является соучредителем компании Zander Laboratories в Амстердаме, целью которой является предоставление экспертных знаний в вопросах исследования взаимодействия человека и компьютера .

В настоящее время он является профессором Лихтенберга, награжденным Фондом Volkswagen .

Пассивные интерфейсы мозг-компьютер

Зандер и Кристиан Коте представили концепцию пассивного BCI в 2008 году во время конференции BCI в Граце. после противопоставления «пассивного управления системой» в одном эксперименте «активному управлению двигателем» в более ранней публикации на семинаре SIGCHI в CHI 2008. Эта концепция была официально изложена в 2011 году, предлагая пассивный BCI как «[слияние] технологии BCI с когнитивным мониторингом». составить третью категорию систем BCI помимо «активных» и «реактивных». В этой классификации пассивная система BCI «получает результаты из произвольной мозговой активности, возникающей без цели произвольного контроля, для обогащения взаимодействия человека и машины неявной информацией о фактическом состоянии пользователя. С другой стороны, активные и реактивные системы сознательно используются пользователями с целью управления приложением.

Слово «пассивный» в пассивном BCI «(…) относится к роли конечного пользователя системы по отношению к BCI: (…) это неотъемлемый и определяющий аспект, к которому пользователь не прилагает никаких усилий, чтобы активно, явно, или добровольно вызывать или модулировать активность [целевого мозга]. Вместо этого пользователь сосредотачивается на поставленной задаче, в то время как пассивная система BCI в фоновом режиме отслеживает активность его мозга на предмет информативных коррелятов соответствующих когнитивных или аффективных состояний». В результате декодированные когнитивные или аффективные состояния могут использоваться в качестве неявных входных данных для системы «независимо от какой-либо намеренно передаваемой команды».

Хотя его критикуют за то, что это субъективный термин и ему не хватает «четкого нейробиологического определения», пассивный BCI позже был определен как один из руководящих принципов будущих исследований BCI, и исследования пассивного BCI увеличились по сравнению с более традиционными, то есть активными и реактивными приложениями.

Нейроадаптивные технологии

Поскольку пассивный BCI предоставляет технологические средства для получения неявных входных данных от активности мозга в систему, его можно использовать для различных целей. Зандер организовал собрание сообщества пассивного BCI в Дельменхорсте в 2014 году, на котором термин «нейроадаптивная технология» был выбран для обозначения направления исследований, которое использует неявные данные от пассивного BCI для создания адаптивных систем с замкнутым контуром. Общество нейроадаптивных технологий, которое организует конференции по нейроадаптивным технологиям, объясняет, что «нейроадаптивная технология использует измерения нейрофизиологической активности в реальном времени в замкнутом контуре управления, чтобы обеспечить интеллектуальную адаптацию программного обеспечения». |title=Neuroadaptive.org }} Более позднее определение предполагает, что «технология является нейроадаптивной, когда она получает неявные входные данные через интерфейс мозг-компьютер и использует эти входные данные для обеспечения управления».

Пример неявного ввода, обеспечивающего управление и приводящего к созданию нейроадаптивной технологии, был приведен Зандером и его коллегами в 2016 году, демонстрируя, как пользователи могут направлять движения компьютерного курсора к назначенной или самостоятельно выбранной цели, не осознавая этого. Вместо того, чтобы пользователь давал явные инструкции по управлению курсором, курсор двигался автономно в изначально случайных направлениях и получал неявную реакцию мозга пользователя на каждое отдельное движение от пассивного BCI. Этот ответ отражал согласие или несогласие пользователя с каждым движением, позволяя алгоритму обучения с подкреплением со временем делать вывод о желаемом направлении движения пользователя.Стивен Фэйрклаф объясняет, что нейроадаптивные технологии обязательно должны иметь свою собственную программу, то есть цель, ради которой она направляет взаимодействие, и отмечает, что эта программа может совпадать, а может и не совпадать с позицией пользователя, открывая ряд потенциальных этических, юридических, и социальные проблемы. Зандер и его коллеги также отмечают, что неявное взаимодействие «может даже функционировать вне сознательного осознания», усугубляя эти потенциальные проблемы, но подчеркивают, что нейроадаптивные технологии воплощают в себе «кибернетическую конвергенцию человеческого и машинного интеллекта» со значительными последствиями для будущих технологических разработок.

Brain-computer interface experiment

Почести и награды

• IEEE SMC, BRAIN Initiative (номинант на премию за лучшую статью вместе с Лоренсом Кролом) (2019)
• Общество нейроэргономики, Премия Раджи Парасурамана за старшие исследования в области нейроэргономики (2016 г.)
• Хэмлинский симпозиум по медицине и робототехнике, 2-я премия за лучший плакат (2013 г.)
• Фонд Виллумейта, Берлин, Лучшая диссертация (2011).
• 4-я Международная встреча BCI, Асиломар, США, награда за лучший плакат (2010 г.)
• HCI International, Орландо, США, 2-я премия за лучшую бумагу (в целом) (2009 г.)
• HCI International, Орландо, США, награда за лучшую статью в определенной области, Universal Access in HCI (2009 г.)
• Общество исследований когнитивных наук Германии, награда за лучший плакат (2009 г.)
• Семинар BBCI, Берлин, премия за лучший плакат (2009)

Библиография

• Нейроэргономика, под редакцией: Клаус Граманн, Торстен О. Зандер, Стивен Фэйрклаф, Хасан Аяз, Frontiers Publishing Group, 2017 г.
• Тенденции в нейроэргономике, под редакцией: Клаус Граманн, Торстен О. Зандер, Каролин Винрих, Verlag der Technischen Universität Berlin, ISBN   978-3-7983-2803-7 , 2016 г.
• «Использование нейрофизиологических сигналов, отражающих когнитивное или аффективное состояние», под редакцией: Анн-Мари Брауэр, Торстен О. Зандер, Ян Б.Ф. ван Эрп, Frontiers Publishing Group, ISBN   978-2-88919-613-5 , 2015 г.
• Крол, Л.Р., Андриссен, Л.М., и Зандер, Т.О. (2018). Пассивные интерфейсы мозг-компьютер: взгляд на повышенную интерактивность. Интерфейсы «мозг-компьютер», Справочник: Технологические и теоретические достижения, 69–86, 2018 г.
• Зандер Т.О., Брёнструп Дж., Лоренц Р., Крол Л.Р., На пути к неявному контролю во взаимодействии человека с компьютером, Достижения в области физиологических вычислений, Springer Berlin Heidelberg, 2014.
• Зандер Т.О., Брёнструп Дж., Клозе Э., Зонненберг Р.С., Вос В.К., Грутьен М., К неявному контролю через стационарные соматосенсорные вызванные потенциалы, универсальный доступ во взаимодействии человека с компьютером. Методы проектирования, инструменты и методы взаимодействия для электронного включения, 682–688, Springer Berlin Heidelberg, 2013.
• Процак Дж., Ихме К., Зандер Т.О., Пассивный интерфейс мозг-компьютер для поддержки взаимодействия человека и машины на основе взгляда, универсальный доступ при взаимодействии человека с компьютером. Методы проектирования, инструменты и методы взаимодействия для eInclusion, 662-671, Springer Berlin Heidelberg, 2013.
• Мейер Т., Петерс Дж., Зандер Т.О., Брец Д., Соекадар С.Р., Шёлкопф Б., Гроссе-Вентруп, Исследование нейронной основы реабилитации после инсульта на основе интерфейса мозг-компьютер (BCI), конвергенция клинических и инженерных исследований по нейрореабилитации , 617–621, Springer Berlin Heidelberg, 2012 г.
• Делорм А., Коте К., Ваньков А., Бигдели-Шамло Н., Остенвелдт Р., Зандер Т.О., Макейг С., Инструменты на базе MATLAB для исследования BCI, Ин Тан, Нейхолт (ред.): Интерфейсы мозг-компьютер : применение нашего разума к взаимодействию человека и компьютера, 2010.
• Зандер Т.О., Коте К., Яцев С., Гертнер М., Улучшение взаимодействия человека с компьютером с помощью входных данных от активных и пассивных интерфейсов мозг-компьютер, Ин Тан, Найхолт (ред.): Интерфейсы мозг-компьютер: применение нашего разума к человеку ‐Компьютерное взаимодействие, 2010.
• Вилимек Р., Зандер Т.О., BC (глаз): Сочетание ввода глаз-взгляда с взаимодействием мозга и компьютера, Хофманн А. (ред.): Конспекты лекций по информатике, Springer, Гейдельберг, Берлин, 2009.
• Зандер Т.О., Коте К., Вельке С., Рёттинг М., Использование вторичного ввода от пассивных интерфейсов мозг-компьютер для улучшения взаимодействия человека и машины, В Хофманне А. (ред.): Конспекты лекций по информатике, Springer, Берлин, Гейдельберг , 2009.
• Рёттинг М., Зандер Т.О., Трестерер С., Дзаак Дж., Неявное взаимодействие в мультимодальных человеко-машинных системах, В книге Шлик К. (ред.): Видения, концепции, методы и инструменты промышленной инженерии и эргономики, Springer, Берлин, Гейдельберг, Германия, 2009.

Избранные публикации

• Зандер Т.О., Крол Л.Р., Бирбаумер Н.П. и Граманн К. (2016). Нейроадаптивная технология обеспечивает неявное управление курсором на основе активности медиальной префронтальной коры. Труды Национальной академии наук, 113 (52), 14898–14903.
• Зандер Т.О., Яцев С. Контекстно-зависимые интерфейсы мозг-компьютер: исследование информационного пространства пользователя, технической системы и окружающей среды. J Neural Eng, 9(1), 2012, 016003
• Зандер Т.О., Коте К.А., Велке С., Рёттинг М. Улучшение человеко-машинных систем с помощью вторичного ввода от пассивных интерфейсов мозг-компьютер. В ходе 4-го Международного Граца, Грац, Австрия, 2008 г., 144–149.
• Зандер Т.О. и Яцев С. (сентябрь 2009 г.). Обнаружение аффективных скрытых состояний пользователя с помощью пассивных интерфейсов мозг-компьютер. В 2009 г. прошла 3-я Международная конференция по аффективным вычислениям и интеллектуальному взаимодействию и семинары (стр. 1–9). IEEE.
• Крол, Л.Р., и Зандер, Т.О. (2017). Пассивные нейроадаптивные системы на основе ИМК. В ГБЦИК.
• Крол, Л.Р., и Зандер, Т.О. (декабрь 2017 г.). К концептуальной основе когнитивного исследования. На Международном семинаре по симбиотическом взаимодействию (стр. 74–78). Спрингер, Чам.
• Крол, Л.Р., и Зандер, Т.О. (июль 2017 г.). Когнитивное зондирование для автоматизированной нейроадаптации. На Первой конференции по нейроадаптивным технологиям, проводимой раз в два года (стр. 22).
• Крол, Л.Р., Хаселагер, П., и Зандер, Т.О. (2020). Когнитивное и аффективное исследование: учебное пособие и обзор активного обучения нейроадаптивным технологиям. Журнал нейронной инженерии, 17 (1), 012001.