Телекинез по-научному: как работают нейроинтерфейсы 

лев-яковлев-2

Первый вопрос — для самых маленьких: что вообще такое «нейроинтерфейсы»?

Нейроинтерфейс, или интерфейс «мозг – компьютер» — это устройство или технология, которая позволяет нам распознать определенное намерение мозга и направить его на выполнение компьютерной команды. Благодаря этому человек получает возможность управлять внешними устройствами (компьютерами в широком смысле этого слова), посылая в них сигналы мозга напрямую, без участия нервов и мышц.

 

Круто, и что мне нужно, чтобы стать «повелительницей машин»?

Как минимум один работающий мозг, подсоединенные провода, усилитель и компьютер. Намереваясь сделать что-то, мозг генерирует характерные электрические импульсы, волны, специфические для каждой задуманной задачи. Смысл нейроинтерфейса в том, чтобы детектировать эту характерную волну, распознать ее, направить по проводам к компьютеру и заставить его выполнять задуманную команду. Несмотря на то, что это звучит несколько фантастически, ученые уже умеют справляться с подобной задачей, благодаря чему мы теперь все чаще слышим слово «нейроинтерфейс».

 

Как нейроинтерфейсы используются в практических целях сегодня и какие у них перспективы?

Если брать настоящий момент, то технология находит применение прежде всего в медицине. Так как интерфейсы позволяют создать принципиально новый канал общения мозга с внешним миром, логично предположить, что в первую очередь такой способ коммуникации необходим тем, кто по каким-либо причинам утратил естественные каналы связи. Это, к примеру, парализованные пациенты-постинсультники, больные боковым амиотрофическим склерозом (болезнь, в ходе которой поражаются нейроны, управляющие нашими мышцами, как у физика Стивена Хокинга). Для них созданы нейроинтерфейсы, позволяющие набирать текст без помощи рук, «силой мысли» (хотя на самом деле силой внимания), а также искусственные конечности, управляемые мысленными командами. Разрабатываются системы управления инвалидным креслом с использованием мозговых сигналов. Основной целью тут, как вы понимаете, является возможность восполнить утраченные человеком моторные функции. Особо хотелось бы отметить специально созданные нейротренажеры для реабилитации пациентов с двигательными нарушениями.

...

К сожалению, слишком низкая скорость и недостаточная точность интерфейсов пока не позволяет сделать их использование массовым. Тем не менее их потенциал крайне высок: компьютерные игры, системы управления бытовыми приборами и т. д. Ученые рассматривают возможности применения нейроинтерфейсов в быту (а здесь широчайший спектр задач). Однако в приоритете пока остается медицина — не в последнюю очередь благодаря тому, что эта область — разработка новых способов лечения заболеваний, связанных с ограничением подвижности, — хорошо финансируется.

 

Недавно в новостях появилась информация о том, что нейрофизиологи из Университета Дьюка совершили научный прорыв: они создали революционный нейроинтерфейс, который позволил объединить мозг трех макаков-резусов в своеобразную локальную сеть и заставить их вместе решать одну и ту же задачу. Каков реальный потенциал подобных исследований, если говорить о внедрении таких технологий в жизнь людей, и как идут работы в этой сфере в России? Могут ли отечественные ученые похвастаться достижениями в этой области?

Разработка, о которой вы говорите, — результат научной деятельности лаборатории Мигеля Николелиса, стоявшего во главе проекта по созданию нейроинтерфейса для церемонии открытия чемпионата мира по футболу в прошлом году, когда первый удар по мячу смог нанести человек, страдающий параличом нижних конечностей. Вообще, у них, в Штатах, система устроена так, что лаборатории, научные группы должны постоянно привлекать внимание общественности такими вот, как вы говорите, научными прорывами. Это позволяет им успешно выживать, и успех лаборатории зависит от того, насколько они хайпят в подобных случаях. А у нас такого нет в принципе. По сути, что сделали Николелис и коллеги? Они разбили задачу управления виртуальной рукой в трехмерном пространстве (оси координат x, y, z) на трех обезьян — каждой твари по паре осей из этой тройки — и научили их совместно этой рукой двигать. Изящно решенная задача, но едва ли революционный прорыв. Потенциал применения аналогичных методик на людях практически нулевой. К тому же «обезьяний» результат был достигнут с помощью инвазивного, хирургического проникновения в мозг. Такие вещи на людях делаются только в случаях крайней необходимости, поскольку возможные побочные эффекты хирургического вмешательства в работу мозга до сих пор являются малопредсказуемыми.

Что же до того, как обстоят дела в этой сфере у нас, стоит отметить, что в данный момент в России реализуется проект под названием «Нейронет», объединивший не только специалистов, но и достаточное количество инвесторов, готовых вкладывать средства в наше высокотехнологичное будущее. В планах проекта — буквально — создание аналога интернета, только объединяться в сеть будут не компьютер с компьютером, а мозг с мозгом, однако дальнейшие комментарии по этому поводу будут излишни до появления первых положительных результатов.

 

В своих выступлениях вы много говорите об электричестве как основе работы мозга, по сути сравнивая его с машиной. А каковы принципиальные различия в работе мозга и, например, компьютера?

Электричество — это явление, которое возникло в нервной системе животных гораздо раньше, чем в машинах, поэтому подобное сравнение я бы проводил «в обратном направлении». В лучших традициях бионики человек фактически заимствовал принципы работы мозга при создании электронно-вычислительных машин (возможно, отчасти неосознанно); при этом о нашем мозге всегда говорилось как о самой совершенной машине, с которой знакомо человечество. Рене Декарт сравнивал мозг с паровой машиной, а мы сравниваем его с компьютером или нейросетью. Кто знает, какое сравнение будет в ходу лет через триста? Куда интереснее говорить о принципиальных отличиях мозга от существующих в данный момент машин.

— Наш мозг — это система, которую по сложности устройства я бы, наверное, сравнил с нашей Вселенной, причем система живая. Ни один существующий на данный момент компьютер не устроен настолько сложно.
— Пластичность — базовое свойство, позволяющее различным участкам мозга при необходимости функционально замещать друг друга, что бывает очень полезно при повреждениях. В компьютерах, к сожалению, если блок питания сгорел — его нужно менять. В мозге за такой «сгоревший блок» может эффективно поработать какой-нибудь соседний отдел.
— Наш мозг способен самообучаться и принимать сложные решения на основании как текущей информации, так и предыдущего опыта, и, хотя современные программные коды пытаются это повторить (привет, Google Deep Dream), получается пока слабовато.
— В компьютерных системах вся информация закодирована бинарным кодом. Между нейронами аналогичным образом сигнал передается через так называемые синапсы (один синапс соответствует одному каналу передачи бинарного кода). На одном нейроне может быть до десятка разных синаптических входов — и сигналы эти суммируются особым образом внутри нейрона, выдавая уникальный результат.

 

Электрическое воздействие на мозг сейчас считается одним из наиболее перспективных методов его направленной стимуляции с целью улучшения памяти и когнитивных способностей вообще. На Западе популярны самодельные устройства транскраниальной стимуляции, и, судя по отзывам, даже такие «кустарные» приборы могут давать неплохие результаты. Что это — эффект плацебо или реальная помощь мозгу? Каковы ее механизмы и перспективы?

Это связано с тем, что вышеперечисленные эффекты подтвердились в ходе ряда исследований. Насчет самодельных устройств — да, это так; более того, к нам эта тема тоже приходит, и вся фишка в простоте технологии: батарейка, стабилизатор тока и провода, ну и придумать, как это на голове закрепить. Всё. И действительно, положительные результаты обусловлены действием реальных физиологических механизмов, поэтому очень большая доля правды в этом есть, о чем говорят исследования, в которых эффект плацебо был вынесен за скобку, так сказать. Для этого в протоколе эксперимента существует специальный режим так называемой ложной стимуляции, при которой человек не знает, стимулируют его или нет, а вернее думает, что стимулируют. Что касается использования этих штук в быту, я, если честно, допускаю некоторую долю плацебо, это все достаточно индивидуально. Когда человек сам себе ставит стимуляцию, он же не может точно быть уверенным, что не он сам придумал эти эффекты. Наиболее вероятен, я думаю, такой сценарий: положительный эффект действительно есть, возможно его субъективно трудно оценить, и тогда плацебо «подгоняет» его до определенного уровня, «чтоб самому почувствовать» эти изменения.

 

Возможна ли картография мыслей человека, их «чтение» с помощью некоего дистанционного метода? Физик Мичио Каку в своей книге «Физика невозможного» принципиально допускал такую возможность, а вот многие нейробиологи сейчас склоняются к тому, что подобная методика, скорее всего, невозможна. Что вы думаете по этому поводу?

Смотря что считать мыслью. Можно принять за мысль некоторое намерение мозга, например поднять руку вверх, — в таком случае это уже картировано и подлежит чтению (считывание подобных намерений и является основой функционирования нейроинтерфейсов для людей, страдающих параличом). Однако, если говорить о мыслях как о сложных образах, возникающих у нас в голове, вы никогда не догадаетесь, о чем я сейчас думаю, и мне это нравится. У каждого человека мысли возникают по-разному, потому что связи между нервными клетками образуются у нас в разном количестве, в разных соотношениях и с разной скоростью. Сложно даже представить такую универсальную методику, позволяющую читать мысли, которых у каждого человека приличное количество, с учетом того, что самих людей около 7 миллиардов. Потому в этом вопросе я буду солидарен с коллегами-нейробиологами. Это вселяет хоть какую-то надежду на остатки конфиденциальности. Кстати, сам Каку, как физик, рассуждает лишь теоретически, с точки зрения своей области знаний, хоть и опираясь на авторитетные мнения специалистов в данной сфере. На практике же, в живой сложной и постоянно меняющейся системе, какой является наш мозг, все может обстоять совершенно иначе, и в свете этого его предположения могут выглядеть совсем не так стройно, как хотелось бы. Допуская возможность создания такого устройства или метода, он все же пишет, что в обозримом будущем ждать этого не стоит. Хорошо это или плохо — решать вам.

 

blog comments powered by Disqus

Добавить комментарий



Последние посты