Роман Фишман

Текст

Первая обезьяна управляла роботом «силой мысли», просто думая о нужном движении. Вторая могла ощупывать предметы, существующие лишь в виртуальной реальности. Мозги еще трех обезьян объединились для совместного решения сложной задачи. Все они были подопечными разработчика нейроинтерфейсов Михаила Лебедева. Мы поговорили с ним о том, каково это — ​оперировать на живом мозге — и что будет, когда мы окончательно станем киборгами

Со своими компьютерами и смартфонами мы общаемся даже чаще, чем с близкими. Но все такие взаимодействия проходят сквозь узкое «бутылочное горлышко» интерфейсов: медленный ввод текста пальцами, крошечные буквы, бликующий на солнце экран… Неудивительно, что чем дальше, тем активнее идут работы над технологиями прямого взаимодействия с электроникой — ​нейроинтерфейсами.

Чтобы компьютер мог правильно ответить на сигнал мозга, требуется зарегистрировать электрическую активность нервных клеток и выделить из них команду, которую тот собирался отдать телу: рукам, пальцам, голосовым связкам. И наоборот, стимулируя нейроны, можно напрямую имитировать поступающие в мозг сенсорные сигналы. Тут все зависит от места расположения электродов. В теменной коре удается отслеживать и контролировать фокус внимания, в зрительной — ​визуальные образы. Моторные и соматосенсорные области позволяют работать с тактильными и двигательными сигналами.

Михаил Лебедев
Михаил Лебедев, Научный руководитель Центра биоэлектрических интерфейсов Высшей школы экономики (ВШЭ), профессор Сколковского института науки и технологий (Сколтех):

Пока что стимуляция мозга происходит довольно грубо — ​все равно что паяльником тыкать в компьютер. Но если повторить такую процедуру много раз, то он „натренируется“. Структура мозга пластична, он гибко адаптируется, обучается обрабатывать незнакомые и даже „неправильные“ сигналы. Поэтому не так уж и важно идеально попасть в тот или иной конкретный нейрон. Мозг сам заметит возбуждение — ​ему не так уж и важно, какое именно, — ​и перестроится. Даже совершенно новые ощущения будут включены в уже имеющиеся сети.

Подведенные к мозгу электроды можно сравнить с программируемыми клавишами. В принципе, к ним можно «привязать» почти любую команду, лишь бы она примерно сов­падала с функциональностью соответствующей области. Удается даже «проапгрейдить» животное, например ночным зрением. Можно заменить конечность роботизированным протезом, теоретически ​даже добавить дополнительную руку. Мозг такой, он привыкнет.

В 2016 году по совету Михаила Лебедева нейробиолог Эрик Томсон наделил крыс «инфракрасным осязанием». Массив электродов был внедрен в сенсорную кору и связан с ИК-датчиком, закрепленным на голове животного. Мозг гибко адаптировался к восприятию новых данных: уже через пару минут крыса реагировала на тепловое излучение и в полной темноте ориентировалась по нему при поиске лакомства.

Никуда без хирургии

Главное направление таких работ было определено еще в 1870 году. Немецкий физиолог Эдуард Гитциг воздействовал электричеством на кору открытого мозга собаки и заметил, что при стимуляции определенных участков животное непроизвольно двигается. Так была открыта моторная кора, и до сих пор ученые стимулируют мозг и считывают его сигналы примерно так же, как это делал Гитциг, — ​подводя контакты непосредственно к мозгу. Хотя существуют и более мягкие, неинвазивные подходы.

Электро- и магнитоэнцефалография позволяет отслеживать активность мозга через электроды, закрепленные на коже головы. Да и стимулировать его можно так же транскраниально, через череп. Но такие методы слишком приблизительны. Воздействуя на моторную кору, можно вызвать разве что неопределенное движение пальцем. Если активировать зрительную, человек увидит лишь отдельные световые вспышки, не более. Хирургическая имплантация массива электродов остается самым точным и эффективным методом.

Михаил Лебедев
Михаил Лебедев, Нейрофизиолог:

Неинвазивные методы полезны для многих применений, в том числе и в медицине. Можно стимулировать или подавлять определенные области мозга, контролировать настроение или снижать стресс, связанный с негативными воспоминаниями. Но добиться большого разрешения от них не удается, и нужных для этого технологий пока что нет даже на горизонте. Поэтому будущее, видимо, за электродами, и без хирургии не обойтись. Только они способны дать точную информацию и так же точечно стимулировать нейроны.

Электроды позволяют даже распознавать некоторые слова по активности речевых центров мозга, а это уже почти что чтение мыслей. Ведь мы не думаем четкими, строгими фразами, даже сознательное мышление довольно туманно. Когда мы пытаемся что-то сформулировать, мысль приходится облекать в слова, а значит, задействовать речевые центры. Такие фразы, еще не произнесенные, удается расшифровать уже сегодня. Условно это и можно назвать чтением мыслей.

В тяжелых случаях эпилепсии больным имплантируют электроды для диагностики приступов, и ученые нередко пользуются этой возможностью для дополнительных исследований. Именно на таких пациентах проводили опыты Эдвард Чан и его коллеги. Пока больные зачитывали сказки, компьютер учился связывать активность моторных нейронов с командами, которые передаются на голосовые связки. Затем, декодировав эти сигналы, система могла управлять синтезатором речи и с некоторой точностью воспроизводила слова, которые люди произносили лишь мысленно.

Илон Маск и  обезьяны

Пока для применения на людях одобрено лишь несколько микрочипов с электродами. Самый популярный из них — ​массив Utah, гибкая матрица с сотней контактов. Чтобы они проткнули внешние оболочки мозга, Utah приходится «загонять» пневматическим молоточком. Это довольно травматичная процедура. К тому же при любом движении желеобразный мозг колышется и может повреждаться о металлические электроды. Поэтому массив Link 0.9, разработанный стартапом Илона Маска Neuralink, использует полностью гибкие электроды. А для их внесения создан робот, который вставляет каждую нить по отдельности на манер швейной машинки.

Однако даже Neuralink не удается решить проблему биосовместимости. Организм всегда реагирует на появление чужеродных тел, и в мозге это особенно заметно. Поддерживающие и вспомогательные клетки всеми силами стараются изолировать его от «вторжения». Электроды обрастают соединительной тканью, и уже через месяц качество записи с них существенно ухудшается. Это остается большим препятствием для создания полноценных нейроинтерфейсов. Ученые активно ведут поиск новых биосовместимых материалов, а пока вынуждены ограничиваться в основном обезьянами: ограничения на опыты с ними далеко не так строги, как с людьми.

Михаил Лебедев
Михаил Лебедев, Нейрофизиолог:

Экспериментировать на мозге человекообразных обезьян считается неэтичным. Поэтому классика жанра — ​это макаки-резусы, самые умные из животных, на которых можно проводить подобные опыты. С резусами работают практически все. Я сам прооперировал десятки макак, и это куда проще обычной „человеческой“ нейрохирургии. Обезьяну обезболивают, открывают череп — ​отверстие требуется небольшое, около сантиметра, — ​вставляют электроды и заливают зубоврачебным цементом.

Эти животные чрезвычайно подвижны и любопытны, и если оставить торчащие контакты, то макака обязательно расковыряет и выдернет их. Поэтому на поверхность выходит лишь разъем. Снаружи его закрывают небольшой защитной шапочкой. Обычно обезьяны легко переносят имплантацию и даже выигрывают от нее. Шапочка производит большой фурор среди соседей по вольеру и повышает социальный статус прооперированной обезьяны. Все смотрят на нее с завистью: каждой хочется такую же.

Летом 2020 года Илон Маск лично представил итоги первых четырех лет работы проекта Neuralink. Помимо робота для имплантации электродов были продемонстрированы подопытные свиньи, прошедшие через такую операцию. Микрочип в голове одной из них регистрировал активность моторной коры. Благодаря этому компьютер мог предугадывать ее движения за несколько мгновений до того, как животное действительно перемещало конечность.

В  ожидании киборга

Когда-нибудь нейроинтерфейсы смогут работать одновременно со многими видами сигналов в мозге: ловить двигательные команды, стимулировать зрительные образы, считывать речь и т. д. Для этого понадобится охватить электродами практически всю кору больших полушарий. Но имплантировать под череп десятки миллиардов контактов, видимо, не потребуется. Если ученые расшифруют базовые механизмы работы нейронных сетей мозга, то следить за каждой клеткой в отдельности не будет никакой нужды. Мы сможем распознавать сигналы так же, как угадываем песню по первым нотам знакомой мелодии. Это откроет перед нейроинтерфейсами и людьми по-настоящему безграничные перспективы.

Больные, неспособные управлять своим телом, получат контроль над руками, ногами или роботизированными протезами. Слепые смогут видеть, получая картинку непосредственно с видеокамеры и непосредственно в зрительные центры мозга. Виртуальная реальность станет передавать тактильные и обонятельные ощущения. А здоровых людей можно будет «дополнить» новыми возможностями и функциями. Хотите инфракрасное зрение? Третью роборуку? Запросто. Ведь главное превращение уже произойдет: с появлением настоящих нейроинтерфейсов мы сольемся с гаджетами в единое целое. Кажется, именно это и называется киборгом.

Михаил Лебедев
Михаил Лебедев, Нейрофизиолог:

Для самого Илона Маска, запустившего проект Neuralink, главная задача нейроинтерфейсов в том, чтобы „модернизировать“ человека перед лицом смертельно опасного конкурента, будущего искусственного интеллекта. Дескать, чтобы он не „завоевал мир“, нам придется самим стать киборгами, причем как можно скорее. Лично я так не считаю, хотя, в принципе, и не против использования нейроинтерфейсов не по медицинским показаниям, а для расширения обычных человеческих способностей.

Но уверен, что киборгизация в том или ином виде произойдет независимо от моего личного мнения. Уже сейчас желающих «получить электроды» немало, причем далеко не все из них сумасшедшие. И представьте, что будет, когда это станет модным?.. А если при этом можно будет «мысленно» получать информацию из интернета? Или предупреждение от распознающей эмоции нейросети о том, что собеседник врет? От таких «сверхспособностей» и я бы не отказался.

В 2015 году Мигель Николесис и Михаил Лебедев продемонстрировали «мозгосеть», объединив моторные области мозга трех обезьян. Каждая из них контролировала движения роборуки в одном измерении. Их сигналы объединялись, перемещая манипулятор по всем трем осям. После некоторого обучения животные управляли им «с помощью мыслей» намного точнее, чем это получалось у одной обезьяны, отвечавшей сразу за всё. Возможно, в будущем и человеческие мозги будут объединяться в коллективный разум для совместного и более эффективного решения некоторых задач.

Использованные источники: Материал опубликован в журнале «Цифровой океан» № 4, 2021, SPL / Legion-media, SPL / East News, Ian Allen/Condé Nast via Getty Images, FONDS DE DOTATION CLINATEC - CLINATEC ENDOWMENT FUND / AFP / East News, из архива Михаила Лебедева / wikidot (CC-BY-SA), SPL / Legion-media, Steve Jurvetson (CC-BY-SA), Xinhua / Imago / Legion-media, UNIVERSITY OF PITTSBURGH SCHOOLS OF THE HEATH SCIENCES / RONALD FONTANA / AFP / East News, Keith Srakocic / AP / East News