Русский
Русский
English
Статистика
Реклама

Силой мысли как нейроимпланты изменят наш мозг

Об обезьяне Илона Маска, микрочипах, людях-киборгах и будущем нейроинтерфейсов ПостНаука поговорила с нейроинженером Михаилом Лебедевым, пионером разработки систем двунаправленной коммуникации мозг компьютер.Этот текст частьгида Ничего невозможного, в котором мы вместе с учеными разбираемся, какие из технологий давно перестали быть фантастикой, а какие навсегда останутся только в книгах и фильмах.О чем эта цитата?Телекинез, или в более широком значении психокинез, способность оказывать действие на физические объекты, просто подумав о них. Подвинуть стоящий на столе стакан на несколько сантиметров, согнуть металлическую ложку одним взглядом и поднять в воздух многотонную машину все это примеры телекинеза.Это частая тема фантастических произведений, герои которых черпают свои способности как из магических (например, колдун Просперо в шекспировской Буре), так и из объективных, обоснованных с научной точки зрения источников. Джедаи из Звездных войн носители большого количества мидихлориан микроорганизмов, живущих в клетках всех живых существ и чувствительных к Силе. Люси из одноименного фильма Люка Бессона получает сверхспособности в результате чрезмерного воздействия химических веществ, которые позволяют ей управлять своим мозгом на 100%, а не на 10%, как это делают обычные люди (что, кстати, миф). Нео в Матрице научился командовать машинами благодаря тому, что его разум оказался подключен к городской сети машин это своего рода права администратора, позволяющие вносить изменения в программы, запускать и отключать их.Это возможно?Как ни странно, фантасты, описывающие телекинетические способности, черпали вдохновение в реальных историях. Магические заклятия и спиритические сеансы, которые практиковали в древности и продолжают по сей день, суть родственные телекинезу явления. Это понятие настолько закрепилось в нашей культуре, что для его изучения специально была введена псевдонаучная дисциплина психокинетика.В XX веке способность управлять предметами силой мысли решили проверить экспериментально. Обычно для этого использовали исследования с большим количеством повторений [1], например многократные вбрасывания игральных костей или генераторы случайных чисел. Все попытки оказались провальными: даже если участникам удавалось однократно повлиять на результат опыта после десятков тысяч и даже миллионов повторений, результат такого влияния приближался к статистически допустимому отклонению.И все же мы научились телекинезу. Правда, реальность оказалась иной, чем ее представляли классики фантастического жанра.Научная базаУвы, управлять любым предметом не получится. Однако, если все предусмотреть заранее, можно достичь немалых успехов.Для этого понадобятся технологии, которые соединяют мозг с компьютером, а компьютер с предметом. Любой такой нейроинтерфейс состоит из трех элементов: устройства регистратора мозговой активности, программы декодирования и устройства обратной связи с человеком. Регистратор считывает команду, а декодер переводит ее в понятный для компьютера набор инструкций, которые затем выполняются определенным устройством: роботизированной рукой, программой для редактирования текста или автомобилем.Продвинутый нейроинтерфейс будет иметь еще один элемент прямую обратную связь с мозгом. Так в ответ на определенную нейрональную активность такой интерфейс будет, например, стимулировать нейроны соматосенсорной коры, вызывая у человека тактильные ощущения.ЭкспериментыВ феврале 2021 года Илон Маск объявил об успешной имплантации обезьяне беспроводного нейроинтерфейса, а в апреле показал видео, где она с помощью нейроинтерфейса играет в виртуальный тетрис, просто смотря на экран. Маск, конечно, был не первым, кто поместил в мозг электроды.Одним из первых был нейрохирург Уолтер Пенфилд. Еще в 1950-х годах он имплантировал в человеческий головной мозг электроды и стимулировал нейроны моторной и соматосенсорной коры мозга. Так он картировал эти области и нарисовал известное изображение гомункулуса [2], на котором соотнес участки коры мозга с движением различных мышц тела. Но исследования человеческого мозга с помощью инвазивных методов многие считают безнравственными, поэтому прогресс шел медленно.Параллельно с инвазивными технологиями развивалась другая ветвь исследований: в 1960-х годах появились первые неинвазивные нейроинтерфейсы на основе ЭЭГ. В то время их еще не называли так, термин интерфейс мозг компьютер (brain-computer interface) первым использовал Жак Видаль только спустя 10 лет. В отличие от имплантов, использование неинвазивных интерфейсов абсолютно безопасно, если речь идет о записи активности мозга, а не о его стимуляции. Однако отсутствие прямого контакта с мозгом накладывает на технологию записи ограничения.Наибольший потенциал неинвазивные интерфейсы мозг компьютер показали в клиническом применении. С помощью такого интерфейса и экзоскелета можно восстанавливать подвижность людям, утратившим способность управлять конечностями после инсульта: сначала с помощью ЭЭГ записывается активность мозга, связанная с желанием двигать, например, рукой, расшифровывается и ассоциируется с определенной командой. Затем этот паттерн используется для управления экзоскелетом.Другой пример успеха в этой области неинвазивная стимуляция мозга с помощью магнитных и электрических импульсов. Электромагнитные волны определенной интенсивности легко проходят сквозь череп, достигают нейронов, расположенных на глубине до 5 см, и способны на короткое время активировать или тормозить их активность. Эффективность этих методов подтверждается во многих исследованиях: от лечения депрессий и зависимостей до уменьшения болевого синдрома. Такие терапии могут в ближайшем будущем войти в широкую клиническую практику и стать безопасной альтернативой медикаментозному лечению.Тем не менее методы неинвазивной регистрации и стимуляции настолько грубы, что подобны удару молотком по суперкомпьютеру. Неинвазивные нейроинтерфейсы дают возможность регистрировать лишь опосредованную активность мозга. Считываемые таким образом мозговые ритмы плохо подходят для расшифровки и понимания. Некоторый прогресс произошел с развитием машинного обучения, но если информация изначально это почти шум с точки зрения декодирования, то, какую нейросеть ни используй, результаты будут ограниченными.В отличие от неинвазивных технологий, потенциал инвазивных методов не имеет видимых ограничений. Если неинвазивным нейроинтерфейсам доступна только рябь на воде, инвазивные, напротив, могут считывать то, что находится под поверхностью.За последние 30 лет в области клинического применения нейроимплантов был пройден огромный путь. В 1998 году нейробиолог Филипп Кеннеди имплантировал художнику и музыканту Джонни Рэю, потерявшему возможность двигаться после инсульта, инвазивный нейроинтерфейс, содержащий фактор роста нервов1 [3]. Представляя движения руки, Рэй научился управлять курсором на экране и так общаться с миром.В 2004 году американец Мэтью Нейгл, парализованный за несколько лет до этого, стал первым человеком, в мозг которого вживили имплант BrainGate [4]. Сперва Нил, представляя, что двигает руками, научился перемещать курсор на компьютере. Затем он смог включать с помощью устройства телевизор, переключать каналы и, наконец, управлять роботизированной рукой поднимать и удерживать предметы.Со временем технологии становились точнее. К 2016 году ученые из Университета Джонса Хопкинса представили интерфейс, позволяющий контролировать отдельные пальцы рук на протезе [5]. В отвечающий за движение рук участок мозга ученые внедрили пластину из 128 электродов. Метод показал высокие результаты точность управления пальцами доходила до 96,5%.Так как в настоящий момент эксперименты по вживлению электродов разрешены на обезьянах, с ними провели множество разнообразных экспериментов. Питер Иффт, Михаил Лебедев и их коллеги поставили опыт по созданию обезьяньего суперразума из нескольких особей. Трех обезьян посредством нейроинтерфейсов соединили в одну систему. Они должны были совместно управлять движениями одной руки в трехмерном пространстве [6]. Каждая обезьяна контролировала две оси: Х и Y, X и Z, или Y и Z. При этом, надо полагать, каждая обезьяна думала о чем-то своем и не знала, что их общий супермозг выполняет в этот момент общую глобальную задачу.Сейчас улучшение интерфейсов напрямую зависит от появления новых инженерных решений. В этом случае хорошо подходит аналогия с законом Мура, изначально сформулированного для электроники следующим образом: количество транзисторов на микросхеме удваивается примерно каждые 2 года. Согласно подсчетам одного известного немецкого нейробиолога Конрада Кординга, закон Мура для нейроинтерфейсов будет звучать так: количество регистрируемых нейронов удваивается каждые 7,4 года [7].В реальности количество регистрируемых нейронов может расти и быстрее. Однако пока что представление, что через полвека, согласно видоизмененному закону Мура, мы сможем фиксировать активность миллиона нейронов одновременно, сталкивается с техническими трудностями. Из-за того, что тела нейронов слишком маленькие в сравнении с их отростками, мы не можем считывать электрические импульсы, которые соответствуют активности нейрона. Это происходит, только если ученым крупно везет. Записываются, как правило, локальные электрические потенциалы, бегущие по многочисленным отросткам, несущие только косвенную информацию по поводу активности конкретных клеток.В ближайшем будущем прогресс в области нейроимплантов будет связан с тесным диалогом нейрофизиологов и нейрохирургов с инженерами и физиками. У Маска явно есть толковые инженеры. Одно из их главных достижений то, что интерфейс получился компактным и беспроводным. Гибкие тонкие полимерные нити в качестве электродов, вживляемые нейрохирургическим роботом, мощные маленькие усилители, передающие сигнал, уже вскоре результаты технического прогресса должны позволить команде Маска записывать сигналы 10 тысяч электродов при помощи очень компактных устройств.Другие научные коллективы также предлагают прорывные решения. Ученые из Массачусетского технологического университета разработали чернила из проводящих полимеров для печати гибких имплантов любой формы на 3D-принтере [8]. Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли ведут работы над созданием нейропыли и уже подтвердили успешные испытания на мышах [9]: это микроскопические беспроводные датчики, коммуницирующие с помощью ультразвука, которые позволят проводить исследования всего организма, в том числе вести регистрацию активности нейронов. Да-да, микрочипы уже существуют и могут следить за активностью мозга!С постепенным развитием технологий и представлений о работе мозга будет расти применение нейроимплантов на людях. Одно из направлений, которое получит активное развитие, разработка интерфейсов, не только считывающих сигнал, но и стимулирующих отдельные клетки в разных частях мозга. Уже сейчас сотни тысяч людей обретают способность слышать с помощью слухового кохлеарного импланта. В скором времени интерфейсы будут возвращать людям возможность видеть: уже продемонстрированы интерфейсы, которые стимулируют части сетчатки глаза, зрительного нерва и даже зрительной коры.Все это потенциально открывает нам пути к созданию искусственных ощущений. В эксперименте Лебедева по двунаправленной коммуникации мозг машина мозг макаки-резусы с помощью сигналов мозга управляли виртуальной рукой, ощупывая виртуальные объекты одинаковые на вид серые прямоугольники. Внутри некоторых была зашита виртуальная решетка, плотность которой обезьяна могла оценить, получая с помощью стимуляции коры сигнал от виртуального пальца. На основании этих искусственных тактильных ощущений она понимала, чем один прямоугольник отличается от другого.С помощью инвазивных нейроинтерфейсов можно доставлять различную абстрактную информацию напрямую к различным частям мозга. Четыре года назад ученые из Университета Рочестера стимулировали премоторную кору обезьян ассоциативную область мозга, имеющую отношение к планированию движений [10]. Животные очень быстро освоили инструкции для выполнения определенных движений, связанных с достижением, захватом и манипулированием предметами. По сути у обезьян развилось новое ощущение, связанное со стимуляцией этой области, которое они научились интерпретировать ради достижения цели. К сожалению, спросить обезьян, что они испытывали при этом, не удалось. Вполне возможно, что в будущем подобное шестое чувство можно будет развить и у человека.Каких открытий не хватает, чтобы это стало реальностью?Биосовместимость. Это самая насущная нерешенная проблема, и неизвестно, как долго она будет преодолеваться. Запись сигнала от нейронов хорошо работает первые две недели. Затем организм начинает защищаться, происходит иммунный ответ и инкапсуляция электродов, в результате которой сигнал будет записываться хуже. Пока способы решения видятся такими же, как и десять лет назад, покрывать электроды веществами, которые нравятся нейрону, а также искать новые биосовместимые материалы.Безопасность. В 2021 году можно с уверенностью утверждать, что люди-киборги уже есть среди нас. На планете уже далеко не один человек с вживленным интерфейсом мозг компьютер. Тем не менее эксперименты на людях до сих пор в большой степени являются редкостью. Проникать в мозг к человеку в исследовательских целях считается не только неэтичным, но и просто неоправданным риском для здоровья испытуемых. Исключение составляет в основном медицинская практика.Стоит задуматьсяРычаг удовольствия. Интерфейсы позволят напрямую стимулировать различные области мозга, например ответственные за мотивацию и удовольствие. Где гарантия, что человек не повторит судьбу крысы, без конца запускавшей рычаг удовольствия в знаменитом эксперименте Олдса и Милнера? Если у нас будет возможность испытывать счастье, самостоятельно стимулируя мозг, не приведет ли это к зависимости и к отсутствию мотивации получать удовольствие от жизни иным путем?Манипуляция. Кто знает, если каждый подключен к компьютеру, смогут ли злоумышленники манипулировать сознанием людей? А может быть, наш мозг помимо нашей воли будет поглощен решением непостижимой для нас самих коллективной когнитивной задачей, которую поставит сверхразумный искусственный интеллект?Нарушение неприкосновенности частной жизни, или попросту чтение чужих мыслей против воли человека. От бытового шантажа до насаждения государственной идеологии здесь раскрываются классические антиутопичные сценарии в духе 1984 Джорджа Оруэлла.
Источник: postnauka.ru
К списку статей
Опубликовано: 19.05.2021 18:14:25
0

Сейчас читают

Комментариев (0)
Имя
Электронная почта

Общее

Категории

Последние комментарии

© 2006-2021, umnikizdes.ru