Когда мы сможем управлять предметами силой мысли?

Когда мы сможем управлять предметами силой мысли?

Agregator

Нейрокомпьютерные интерфейсы (НКИ) – это устройства, при помощи которых мозг связывается с внешними компьютерами, экзоскелетом, механической рукой – с чем угодно. В лабораторных условиях ученые могут устанавливать электроды прямо в ткань головного мозга – подключаясь к сотням и тысячам нейронов. Такой метод дает лучшее качество сигнала, но, во-первых, применение его ограничено редкими клиническими случаями, а во-вторых, датчики неизбежно вредят ткани головного мозга.

Куда более распространенная методика – внешние электроды, надевающиеся на голову как шлем. Точность таких устройств существенно ниже (электроды отделены от нейронов черепом, кожей и волосами), зато они совершенно безвредны.

От мозга – к компьютеру

Возможно, путь к современным нейроинтерфейсам был бы более длинным, если бы в 1875 году английский хирург Ричард Катон не показал, что активность мозга имеет электрическую природу – Катон тогда зафиксировал электрические сигналы на поверхности мозга у животных. Спустя полвека, в 1924 году, немецкий физиолог Ганс Бергер первым зафиксировал эти сигналы при помощи гальванометра на бумаге – на листе появится кривая. Так зародилась электроэнцефалография.

Следующая важная веха – 1967 год. Психиатр Эдмонд Деван в статье в Nature описал свой эксперимент с азбукой Морзе. Его суть заключалась в том, что участники должны были сконцентрироваться на любом символе из кодировки. В этот момент электрическую активность мозга подопытных записывали с помощью электроэнцефалограммы. После долгих тренировок участники эксперимента могли мысленно концентрироваться на целых словах, представленных в виде азбуки Морзе, и аппарат фиксировал эти усилия. Тем не менее тогда ученые не понимали, из какой области мозга поступают эти сигналы и какие нейроны за них отвечают.

Прорывным стал 1987 год, когда невролог Филипп Кеннеди внедрил простейший нейроинтерфейс в моторную зону мозга обезьяны. Сначала ученый записал, какие группы нейронов активируются при выполнении простейших действий, например когда животное берет в лапу еду. Потом Кеннеди запрограммировал механическую руку: при получении такого электрического сигнала она выполняла соответствующее действие. Наконец, мозг обезьяны был связан с механической рукой в реальном времени: довольно быстро обезьяна научилась координировать желание взять еду с движением механической руки, которая позволяла это сделать.

Еще один ⁠опыт с животными – в 1999 году исследователи из ⁠Университета Калифорнии под руководством доктора Яна ⁠Дэна смогли ⁠расшифровать сигналы нейронов из мозга кошки, чтобы воспроизвести картинки, ⁠которые показывали животному. Электроды вживляли в таламус (отдел, контролирующий все входящие сенсорные ⁠сигналы). В нем ученые ⁠исследовали 177 клеток, которые расшифровывают сигналы, приходящие от сетчатки глаза. Конечно, на самом деле за эти функции отвечают намного больше нейронов, но с помощью экстраполяции такая выборка может показать примерные общие паттерны реакций в мозге.

Исследователи показывали кошкам восемь коротких фильмов и записывали сигналы нейронов в таламусе. При помощи математического моделирования ученые смогли расшифровать сигналы и воспроизвести образы, увиденные животными, – на выходе получались узнаваемые сцены и объекты из фильмов.

Следующий этап – применение технологий НКИ для нейропротезирования. В 2004 году компания Braingate создает чип, позволяющий полностью парализованному пациенту «силой мысли» управлять искусственными конечностями и взаимодействовать с предметами. Первая версия микросхемы давала возможность пользоваться компьютером, читать и писать электронные письма и даже управлять своими креслами для передвижения.

В одной из глав книги Митио Каку «Будущее разума» рассказывается история Кэти Хатчинсон. Женщину парализовало после инсульта. Она потеряла контроль над всем телом – не могла пошевелить ни одной конечностью. Чип от Braingate спустя 14 лет после инсульта смог изменить ее жизнь – сигналы из мозга Кэти передавались через компьютер специальной роботизированной руке. Так, женщина смогла научиться заново пить воду и поднимать предметы. Другое устройство считывало движения глаз и переводило их в письменную речь. Как пишет Каку, «когда Кэти спросили, как она чувствует себя после стольких лет неподвижности и плена в раковине собственного тела, ответ был краток: “Экстаз!” Она с нетерпением ждет дня, когда к ее мозгу подключат и другие конечности».

В последующие годы число компаний, занимающихся нейроинтерфейсами, постепенно увеличивалось. Так, фирма G.tec. разработала устройство intendiX, у которого сразу несколько функций. Во-первых, гаджет позволяет за 10 минут научиться печатать, не прикасаясь к клавиатуре. Эта функция дает людям с нарушениями речи возможность коммуницировать с окружающим миром. Во-вторых, intendiX обучает управлению курсором мыши. Удалось даже поиграть в многопользовательскую онлайн-игру World of Warcraft – точность действий, совершаемых при помощи нейроинтерфейса, составила 98%

Не обошлось в этой сфере и без Илона Маска. Руководитель Tesla и Space X выкупил компанию Neuralink, разрабатывающую собственный нейроинтерфейс, обеспечивающий двухстороннюю связь с мозгом. Как можно будет применять устройство, пока неизвестно, но Маск обещает, что вживлять в мозг ничего не потребуется, потому что электроды можно будет вводить через инъекцию в шею, откуда они самостоятельно доберутся до органа. Такой метод доставки изобрел доктор Томас Оксли, идею в 2011 году поддержали в американском Агентстве по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам (DARPA). Импланты, доставляемые в мозг вместе с потоком крови, называются «стентроды». Их главное преимущество заключается в том, что они не контактируют с тканями мозга, а внедряются в сосуды, питающие нейроны.

От мозга – к парализованному телу

Параллельно с тем, как одни ученые обучали «силе мысли» и давали шанс каждому попробовать себя в управлении объектами без физического прикосновения к ним, другая группа исследователей пыталась помочь парализованным людям. Что, если нейроинтерфейс даст возможность не только пользоваться протезами и экзоскелетами, но и вернет контроль над собственными конечностями?

Широко распространенный пример – большинство людей, перенесших травму спинного мозга, теряют возможность самостоятельно управлять своими руками и ногами. Так можно ли обмануть спинной мозг и при помощи мысли привести в движение парализованное тело?

Начали опять с обезьян. В конце 90-х годов исследователь Мигель Николелис из Северо-Западного университета смог связать мозг обезьяны с ее рукой в обход травмированного спинного мозга. Ученый помещал на мозг обезьян микросхему с сотней электродов, которые регистрировали электрическую активность. Животному показывали, что нужно взять мячик, поднять его и опустить в трубу. В это время все сигналы мозга записывались – каждое действие примата приводило к срабатыванию конкретных нейронов, что позволяло расшифровывать эти сигналы. Далее эту связь между движениями конечностей и нейронами запустили в обратную сторону: сигналы из мозга животного (желание совершить движение парализованной конечностью) направлялись в компьютер, который расшифровывал эти данные и отправлял их обратно к нервам руки обезьяны.

В 2014 году идею об управлении телом в обход спинного мозга развил проект Walk Again. Над ним работало около сотни ученых из 25 стран. Все подопытные, восемь человек, перенесли травмы спинного мозга и потеряли способность самостоятельно передвигаться. Перед началом нейрореабилитации пять человек были парализованы больше пяти лет, еще двое – больше десяти лет, восьмая участница эксперимента – 13 лет. Все пациенты тренировались с помощью нейроинтерфейса по два часа в неделю. Они управляли своим аватаром в виртуальной реальности. Весь процесс записывался при помощи электроэнцефалографа. В начале тренировок мозг не подавал никаких сигналов из зоны, задействованной в контроле мышц ног. Врачи понимали, что годы, проведенные без ходьбы, стирали память мозга о нижних конечностях. Тем не менее спустя несколько месяцев состояние участников эксперимента стало улучшаться – постепенно восстанавливалась чувствительность и мышечный контроль, налаживалась функция кишечника и управление мочевым пузырем.

От мозга – к мозгу, или Что такое брейн-нет

Третья концепция, которую помогают развивать нейроинтерфейсы, пока относится к теориям о недалеком будущем. Речь идет о брейн-нете – связи мозг – мозг. Тут снова все началось с обезьян – упоминавшийся уже Мигель Николелис сумел использовать нейроинтерфейс для связи примата и робота, находившихся на разных материках. На поверхность мозга обезьяны прикрепляли специальный чип, подключенный к интернету. Животное пускали на беговую дорожку в Северной Каролине. Тем временем в Японии находится робот, выполняющий те же движения, что и обезьяна. А теперь представьте, что нейроинтерфейсы могут подключить двух человек, живущих за тысячи километров друг от друга, для обмена информацией, мыслями, чувствами и эмоциями.

Последнее особенно важно – ни один протез в мире пока не может дать своему владельцу почувствовать окружающие объекты, а отсутствие тактильных ощущений не позволяет контролировать протез должным образом. К примеру, механическая рука одного человека может легко раздавить пальцы другого. Как пишет Каку в «Будущем разума», «взять искусственной рукой яйцо, не раздавив скорлупу, практически невозможно».

Интерфейс мозг – мозг решает сразу две задачи: во-первых, в ситуации с яйцом он поможет мозгу человека взаимодействовать со специальным протезом (нужны датчики для передачи информации), который будет посылать сообщения не через мозговой ствол, а в орган напрямую. Такой способ поможет создать механизм обратной связи, эквивалентной тактильным ощущениям.

Во-вторых, такой нейроинтерфейс позволяет создать брейн-нет – слияние нескольких разумов в единый. Эту технологию уже тестировали на людях – в 2013 году после опытов на крысах один человеческий мозг сумел отправить сообщение через интернет другому. В Университете Вашингтона ученый послал сигнал пошевелить правой рукой. Второй человек в этот момент играл в специальную компьютерную игру, где выстрел производился движением как раз правой руки. Эксперимент прошел успешно. Суть в том, что сигнал от первого подопытного пересылался в ту часть мозга второго человека, которая управляет правой рукой. Он сидел в специальном шлеме, создающем магнитный импульс, – это приводило к непроизвольному движению правой рукой без команды самого человека.

Что это открытие может дать людям? Прямую невербальную коммуникацию через интернет, возможность поделиться эмоциями дистанционно (один человек прыгает с парашютом, другой сидит дома и испытывает те же чувства), а также игры и фильмы с эффектом полного погружения (вы идете вместе с героями «Титаника» по кораблю или взлетаете с поверхности земли на ракете вместе с Купером из «Интерстеллара» – ограничений нет).

Возможности для реабилитации

Если вернуться из будущего в настоящее, то нейроинтерфейсы уже сейчас активно применяются в медицине. Они позволяют использовать высокоотзывчивые протезы, восстанавливать утраченную моторику, побеждать паралич и слепоту.

Так, ежегодно в России врачи диагностируют не менее 500 тысяч инсультов. Мировая статистика: в год около 5 млн человек становятся инвалидами из-за этого недуга. Самое страшное в инсульте – повреждение отделов головного мозга, приводящее к обездвижению конечностей, нарушению мелкой моторики и речи. Применяемые сегодня методы реабилитации пациентов, перенесших инсульт, далеко не всегда приводят к успешному результату – часть пострадавших живет с параличом или другими последствиями до конца жизни. Реабилитация с использованием нейрокомпьютерных интерфейсов – перспективное направление, которое возвращает людей к привычной жизни с помощью подключения мозга к компьютеру.

Например, нейроинтерфейс, который может помочь пациентам, пережившим инсульт, травмы головного мозга или позвоночника, разработал российский стартап iBrain. По словам генерального директора компании Константина Сонькина, в основе технологии – моторное воображение: пациента, который, к примеру, не может двигать правой рукой, просят сосредоточиться на мысли о конкретном взмахе конечностью в правую сторону. Электроэнцефалограф отслеживает эти воображаемые движения пациента и дает обратную связь на компьютер, на котором установлены специальные реабилитационные игры. В ней сигнал из человеческого мозга считывается, и виртуальный герой совершает взмах правой рукой. Регулярные тренировки в такой игре позволяют пациенту постепенно восстановить утраченные функции и в реальной жизни – воображаемые движения помогают восстановить подвижность его собственной руки.

У большинства пациентов, перенесших инсульт, время для восстановления подвижности ограничено – если в первый год не добиться успешных результатов по управлению конечностями, отделы мозга, отвечающие за движение, деградируют и в будущем становятся невосприимчивыми к любым видам терапии.

Не только медицина

Потенциал нейроинтерфейсов безграничен. Самое очевидное применение – в игровой индустрии. К примеру, игрушка Star Wars Force Trainer позволяет при помощи специального шлема с электродами управлять движением шарика в трубе. Устройство дает возможность почувствовать себя настоящим джедаем (или ситхом) из одноименной киносаги.

Компания Neurable разрабатывает НКИ для управления компьютерными интерфейсами или гаджетами. В видеоролике человек дистанционно управляет гаджетом при помощи специального шлема с электродами. Компания также разрабатывает особые шлемы, которые совмещают опыт виртуальной реальности и управление игровыми объектами при помощи «силы мысли».

Источник: Republic


Report Page