Мозг в режиме онлайн - фантастика, которая стоит на пороге реальности!

Может ли человек одной лишь силой мысли отдавать команды и совершать механические действия?

Реально ли создать интерфейс «мозг-компьютер» и подключить свой разум к Всемирной паутине? Сможем ли мы когда-нибудь  читать мысли других людей и контактировать между собой умственно?

На эти вопросы уже много лет ищут ответы исследователи в разных странах мира. Среди них успешно заявил о себе американский ученый и нейрохирург Эрик Лейтхардт. Он не только занимается научными поисками и делает сложнейшие операции на головном мозге, но еще и описывает свои грандиозные замыслы в фантастических романах! В одном из них, техно-триллере «RedDevil 4», показана будущая жизнь на Земле, когда ее обитателям вживили в мозг компьютерные элементы, что открыло перед человечеством невиданные возможности. Эрик Лейтхардт верит, что уже в ближайшие десятилетия сюжеты его книг могут стать реальностью, а описанные им операции станут такими же обычными, как, например, нанести татуировку.

Уникальные эксперименты доктора Лейтхардта и его коллег, создание интерфейса «мозг-компьютер», попытки расшифровать кодировку мозга и ход человеческой мысли, практическая помощь парализованным больным современными методами, интеграция нейробиологии и компьютерного оборудования, создание „имплантантов будущего“ — об этом и многом другом пойдет речь в нашей статье.

Секретные исследования в Силиконовой долине

Эрик Лейтхардт далеко не единственный, кто мечтает об изобретении так называемых интерфейсов «мозг-компьютер».

В начале 2016 года создатель Tesla и SpaceX Илон Маск запустил проект Neuralink, целью которого является появление устройств для интеграции человека и компьютера. Подобные идеи есть и у основателя Facebook Марка Цукерберга. Весной 2016 года стало известно, что около 60 специалистов его корпорации ведут разработки интерфейсов, позволяющих печатать, используя только мысленную команду. Брайан Джонсон, основатель системы онлайн-платежей Braintree, финансирует компанию Kernel, которая занимается разработкой нейропротезов для повышения интеллекта, памяти.

Пока что эти перспективные проекты находятся на начальной стадии разработок и засекречены, что затрудняет оценку сделанного прогресса и степени реальности задуманного. Ведь для построения интерфейсов типа «мозг-компьютер» и облегчения слияния кремниевых компьютеров и серого вещества человека потребуются лучшие аппаратные устройства. Им надо будет обладать достаточно большой вычислительной способностью, чтобы анализировать огромное число импульсов, посылаемых многими из 100 миллиардов нейронов человека. И еще: мы пока не знаем код, который использует наш мозг. А это значит, что нам фактически предстоит научиться распознавать мысли людей.

Амбициозные планы профессора Лейтхардта

Эрик Лейтхардт, являясь профессиональным нейрохирургом в Вашингтонском университете в Сент-Луисе, специализируется на работе с больными эпилепсией. До момента проведения основной операции эти люди какое-то время, обычно несколько дней, находятся на больничной койке с имплантированными в кору головного мозга электродами, позволяющими собрать совокупную информацию о нейронных импульсах.

Еще 15 лет назад доктору Лейтхардту пришла на ум идея задействовать этих людей в эксперименте, в котором они бы выполняли заданные действия, а специальное оборудование анализировало мозговые сигналы. Такая задумка позволила бы изучить, как человеческий разум кодирует мысли и намерения, а также как эти сигналы можно применить для задания команд внешним устройствам.

Амбициозные цели эксперимента заключались в том, чтобы заиметь доступ к данным предполагаемого движения, попытаться «услышать» внутренние словесные речи человека, расшифровать самосознание!

Конечно же, окончательных ответов на поставленные вопросы результаты проведенных опытов не дали, но все же они выглядели очень обнадеживающе. Нейрохирург Лейтхардт, имеющий дело с жизнью и смертью, очень хорошо знает, как опасна и сложна операция на головном мозге человека. Но он также видит характерные для его ограничения и возможные технологии, которые их преодолеют. Человечество может и должно развиваться дальше, в том числе, с помощью микрочипов, встроенных в наши головы! Реальная нейронная интеграция произойдет, правда, пока не ясно, когда это будет: через 10 или через 100 лет.

Расшифровка кода мозга: первые открытия

Ученым давно известно, что сигналы, посылаемые нашими нейронами – это то, что определяет наши движения, чувства и мысли. Но расшифровка кода, с помощью которого нейроны взаимодействуют друг с другом и с иными частями тела долгое время оставалась одной из труднейших нейробиологических задач.

На заре 1980-х годов 20-го столетия инженер Апостолос Георгопулос положил начало грядущего прорыва в разработке интерфейса «мозг-компьютер», проведя особые опыты на обезьянах. Он идентифицировал нейроны на участках моторной обработки и высших уровнях коры головного мозга, которые подавали сигналы к определенным видам движения, например, щелчку пальцев или удару рукой. Важность этому открытию придало то, что с тех пор стало возможным регистрировать эти импульсы и применять их для прогнозирования направления и интенсивности движений. Определенные нейроны „верхних уровней“ руководят поведением „нижних“, функционирующих в связке для перемещения конкретных мышц и, в результате, всей конечности.

Используя несколько десятков электродов для отслеживания сигналов разных уровней, Георгопулос продемонстрировал, что он может предугадать не только то, каким образом подопытная мартышка будет перемещать джойстик в трехмерном пространстве, но также быстроту его движения и то, как его положение будет меняться во времени.

Стало очевидно, что такие сведения можно задействовать для того, чтобы скованный параличем больной мог осуществлять управление протезным устройством. В 90-е годы коллега Георгопулоса Эндрю Шварц, ныне нейробиолог в университете Питсбурга, установил электроды в голову обезьяны. Он показал, что действительно возможно управлять роботизированными конечностями, просто размышляя.

Опыты Лейтхардта и Шалька

Эрика Лейтхардта вдохновили эти открытия и убедили в том, что научная фантастика стоит на грани реальности. Ученые, наконец, сделали первые шаги в направлении слияния человека и машины.

Сперва Лейтхардт попробовал провести исследования на подопытных мышах. Он вживил одиночные электроды в их головы, но это вызвало в итоге воспалительные реакции и заблокировало электроды в клетках мозга. Тогда ученому пришла на ум другая идея: почему бы не использовать другую технику записи работы мозга и просто не поэкспериментировать с теми людьми, у которых электроды имплантированы постоянно?

Георгопулос и Шварц получали свои данные, используя технику фиксации колебаний напряжения, которая опирается на микроэлектроды, установленные рядом с клеточными мембранами отдельных нейронов. Электроды, используемые Лейтхардтом, были имплантированы до начала операции пациентам-эпилептикам под кожу головы на полоски пластика, где они должны регистрировать импульсы от сотен тысяч нейронов единовременно. Для их размещения Лейтхардт провел специальную операцию: удалил верхушку черепа, прорезал наружную мембрану и поместил микроэлектроды прямо на мозг. Затем он подключил их к проводам, которые, в свою очередь, соединил с компьютерным оборудованием для анализа исходящих сигналов.

К слову, подобные электроды используются давно и успешно, чтобы определить конкретное происхождение эпилептических припадков в головном мозгу пациента. После первоначальной операции по их установке больной перестает употреблять медикаменты, что должно со временем привести к эпилептическому эпизоду. А это, в свою очередь, даст врачам сведения о его физическом состоянии и поможет решить, как предотвратить припадки впоследствии.

Многие ученые с недоверием отнеслись к тому, что электроды будут давать достаточный объем информации для контроля протеза. Лейтхардт привлек к работе Гервина Шалька, нейротехнолога из Центра Уодсворта.

В результате совместных исследований пациенты доктора Лейтхардта получили способность играть в Space Invaders – перемещение виртуального космического челнока влево-вправо; а также перемещать курсор в трехмерном пространстве на мониторе. И все это лишь усилием мысли!

В 2006 году на эти эксперименты обратили свое внимание военные. Их интересовало, возможно ли расшифровать «воображаемую речь» — слова, не произнесенные, а просто звучащие в уме. Можно ли создать „мысленный шлем“, который будет способен читать „молчаливую речь“ одного солдата и передавать ее беспроводным способом другому солдату?

Лейтхардт завербовал 12 пациентов, ожидающих приступ эпилепсии с вживленными в голову электродами, и дал им задание из 36 простых слов (например, «бить», „ставка“, „укол“ и т.д.). Испытуемым следовало сначала произнести эти слова вслух, прочитав их на мониторе, а затем просто представить их в уме без видеосопровождения. Это позволило идентифицировать сенсорные сигналы в мозгу. Данные отправили в лабораторию Шалька для анализа.

Результаты работы Шалька ошеломили! Когда испытуемые проговаривали слово, проявлялась активность в областях коры мозга, связанных с речевыми мышцами, а также в слуховой коре. Когда же пациенты просто представляли слова в уме, происходила подобная активация. Участники проекта полагают, что им удалось найти тот самый «маленький голос», который мы слышим в нашем сознании, когда воображаем себе словесную речь.

Конечно, подобная система анализа не идеальна. После многих лет усилий и доработок программа алгоритмов Шалька верно определяет лишь в 45% случаев.

Но, как уверены исследователи, этот показатель улучшится в процессе усовершенствования датчиков. Теперь они хотят расшифровывать более сложные компоненты речи.

Так, Шальк пробует расшифровать знаменитую речь Мартина Лютера Кинга «У меня есть мечта», когда ее воображает испытуемый. Лейтхардт же стремится определить, как мозг кодирует интеллектуальные концепции в разных регионах. Данные об этих исследованиях пока не разглашаются, но работа идет на пределе всех возможных современных технологий.

Создание «имплантантов будущего»

После проведенных экспериментов, которые доказали возможность расшифровать намерения мозга, открываются огромные перспективы в области интерфейса «мозг-компьютер». Уже можно создать имплантант для массового производства, который разрешит силой мысли задействовать компьютер и двигать курсор. Пользователь сможет включать и выключать свет. Более того, он сможет даже испытать искусственно вызванные тактильные ощущения и получить доступ к некоторым элементарным средствам перехода воображаемой речи в текст.

Словом, современная наука и технологии уже готовы предоставить такое устройство соединения человека и компьютера, но вопрос в том, как много людей захотят применить его на себе. Видимо, к такой перспективе надо двигаться небольшими практическими шагами.

Применение простейших неинвазивных устройств

В 2008 году в США была образована компания NeuroLutions. Ее цель – демонстрировать практические устройства, интегрирующие машины в мозг человека. Был разработан неинвазивный интерфейс, который сейчас проходит испытание на людях, пострадавших от инсульта и утративших способность чувствовать одну сторону тела. Аппарат включает в себя электроды для мониторинга импульсов нейронов, установленные на волосяной части головы и подключенные к ортезу руки. Электроды способны обнаружить сигналы нейронов для предполагаемого движения до того момента, как они достигнут моторной области коры мозга. Нейронные импульсы происходят на половине мозга, не разрушенной ударом. Обнаружив их и усилив, можно использовать их для управления прибором, который перемещает парализованную конечность.

Этот метод показал свою эффективность. Более того, он не требует хирургического вмешательства! В ходе испытаний выяснилось и еще одно обстоятельство: многие пациенты продолжали восстанавливать утраченную из-за паралича функцию даже после снятия ортеза, например, могли пошевелить пальцами.

То есть, нужен был просто толчок для налаживания работы разбитой части мозга!

Применение неинвазивных электродов, прикрепленных на поверхность головы, делает изобретение очень удобным и безопасным для пациентов. Но, с другой стороны, оно налагает серьезные ограничения. Импульсы напряжения, поступающие от нейронов мозга, могут быть заглушены либо рассеиваться при перемещении через кожу и череп головы. Поэтому успехи, которых уже добились ученые с использованием таких устройств, вероятно, подтолкнут людей со временем перейти к более устойчивой инвазивной системе, чтобы довести парализованные функции до совершенства.

Перспективы будущего

Дальнейшая работа в области интеграции мозга человека и компьютера продолжается, а перспективы ее внушают уверенность и надежду. Какими будут отдаленные результаты процесса создания интерфейса «мозг-компьютер?» Может быть, когда-нибудь  люди обретут способность при помощи „мозгового протеза“ путешествовать по миру, в труднодоступных местах, сидя на стуле. Наверное, у любого человека появится возможность мгновенного доступа ко всем знаниям мировых библиотек. Никто никогда уже не будет один, и наши тела не будут нас ограничивать! Но и здесь есть над чем задуматься: мозг человека, интегрированный в общемировую компьютерную сеть, станет уязвим для потенциальных вирусов, которые смогут превратить людей в психопатов.

На сегодняшний день технология сканирования мозга несовершенна: нам по-прежнему не хватает возможности регистрировать и стимулировать количество нейронных импульсов, достаточное для того, чтобы воплотить такие футуристические планы в жизнь. Однако та информация, которая доходит до широкой общественности, в том числе, из Силиконовой долины, внушает надежду, что человечество стоит на пороге инновационного взрыва.

Слушать мозг, говорить с ним – этого мы пока еще не можем. После продолжительных исследований и упорного труда многие технические проблемы остаются нерешенными. Тем не менее, прорыв в нейробиологии и компьютерном оборудовании показывает, что изобретение полноценных интерфейсов «мозг-компьютер» стоит на пороге практической реальности. Технологии, позволяющие людям преодолевать познавательные и физические ограничения предыдущих поколений, станут частью нашей жизни.

Это произойдет обязательно. И изменит эволюционное развитие человечества.

15.02.2018