Как сделать из мозга компьютер
Добавил пользователь Владимир З. Обновлено: 04.10.2024
Наше ложное представление о мозге имеет глубокие исторические корни, но особенно запутало нас изобретение компьютеров в 1940-х годах. На протяжении полувека психологи, лингвисты, нейрофизиологи и другие эксперты по вопросам человеческого поведения утверждали, что человеческий мозг работает подобно компьютеру.
Чтобы представить, насколько легкомысленна эта идея, рассмотрим мозг младенцев. Здоровый новорожденный обладает более чем десятью рефлексами. Он поворачивает голову в том направлении, где ему чешут щечку, и всасывает все, что попадает в рот. Он задерживает дыхание при погружении в воду. Он так сильно хватает вещи, попавшие ему в руки, что почти может удерживать свой собственный вес. Но, возможно, важнее всего то, что новорожденные обладают мощными механизмами обучения, позволяющими им быстро изменяться, чтобы они могли более эффективно взаимодействовать с окружающим миром.
Чувства, рефлексы и механизмы обучения — это то, что есть у нас с самого начала, и, если задуматься, это достаточно много. Если бы нам не хватало каких-либо из этих способностей, наверное, нам было бы трудно выжить.
Но вот, чего в нас нет с рождения: информации, данных, правил, знаний, лексики, представлений, алгоритмов, программ, моделей, воспоминаний, образов, процессоров, подпрограмм, кодеров, декодеров, символов и буферов — элементов, которые позволяют цифровым компьютерам вести себя в какой-то степени разумно. Мало того, что этих вещей нет в нас с рождения, они не развиваются в нас и при жизни.
Мы не храним слова или правила, говорящие нам, как ими пользоваться. Мы не создаем образы визуальных импульсов, не храним их в буфере кратковременной памяти и не передаем затем образы в устройство долгосрочной памяти. Мы не вызываем информацию, изображения или слова из реестра памяти. Все это делают компьютеры, но не живые существа.
Это известные факты, но их нужно проговорить, чтобы внести ясность: компьютеры работают на символическом представлении мира. Они действительно хранят и извлекают. Они действительно обрабатывают. Они действительно имеют физическую память. Они действительно управляются алгоритмами во всем без исключения.
При этом люди ничего такого не делают. Так почему так много ученых говорит о нашей умственной деятельности так, как если бы мы были компьютерами?
К XVI веку появились устройства, приводимые в действие пружинами и зубчатыми передачами, что вдохновило Рене Декарта на суждения о том, что человек — это сложный механизм. В XVII веке британский философ Томас Гоббс предположил, что мышление происходит благодаря небольшим механическим движениям в мозгу. К началу XVIII века открытия в области электричества и химии привели к появлению новой теории человеческого мышления, опять-таки имеющей больше метафорический характер. В середине XIX века немецкий физик Герман фон Гельмгольц, вдохновленный последними достижениями в области связи, сравнил мозг с телеграфом.
Альбрехт фон Галлер. Icones anatomicae
Каждая концепция отражает самые передовые идеи породившей её эпохи. Как и следовало ожидать, всего через несколько лет после зарождения компьютерных технологий в 1940-х годах стали утверждать, что мозг работает, как компьютер: роль физического носителя играл сам мозг, а наши мысли выступали в качестве программного обеспечения.
Представление о человеческом мышлении как об устройстве обработки информации (ОИ) в настоящее время доминирует в человеческом сознании как среди обычных людей, так и среди ученых. Но это, в конце концов, просто еще одна метафора, вымысел, который мы выдаем за действительность, чтобы объяснить то, что на самом деле не понимаем.
Фото: Gallery Stock
Несовершенную логику концепции ОИ довольно легко сформулировать. Она основана на ошибочном силлогизме с двумя разумными предположениями и неверным выводом. Разумное предположение №1: все компьютеры способны на разумное поведение. Разумное предположение №2: все компьютеры являются информационными процессорами. Неверное заключение: все объекты, способные вести себя разумно — информационные процессоры.
Если забыть о формальностях, то идея о том, что люди должны быть информационными процессорами, только потому, что компьютеры являются таковыми – это полная глупость, и когда от концепции ОИ окончательно откажутся, наверняка историками она будет рассматриваться с этой же точки зрения, как сейчас для нас выглядят чушью гидравлическая и механическая концепции.
Проведите эксперимент: нарисуйте сторублевую купюру по памяти, а потом достаньте ее из кошелька и скопируйте. Видите разницу?
Рисунок, сделанный в отсутствие оригинала, наверняка окажется ужасен в сравнении с рисунком, сделанным с натуры. Хотя вообще-то вы видели эту купюру не одну тысячу раз.
Очевидно, нет, и тысячи лет исследований не позволят определить расположение образа этой купюры в мозге человека просто потому, что его там нет.
Продвигаемая некоторыми учеными идея о том, что отдельные воспоминания каким-то образом хранятся в специальных нейронах, абсурдна. Помимо прочего эта теория выводит вопрос об устройстве памяти на еще более неразрешимый уровень: как и где тогда память хранится в клетках?
Сама идея того, что воспоминания хранятся в отдельных нейронах, абсурдна: как и где в клетке может храниться информация? Нам никогда не придется беспокоиться о том, что человеческий разум выйдет из-под контроля в киберпространстве, и нам никогда не удастся достичь бессмертия, скачав душу на другой носитель.
К счастью, концепция ОИ даже близко не имеет ничего общего с действительностью, так что нам не стоит волноваться о том, что человеческий разум выйдет из-под контроля в киберпространстве, и, как это ни прискорбно, нам никогда не удастся достичь бессмертия, скачав душу на другой носитель. Дело не только в отсутствии какого-то ПО в мозге, проблема здесь еще глубже – назовем ее проблемой уникальности, и она одновременно восхищает и угнетает.
По-моему, это очень вдохновляет, ведь это значит, что каждый из нас по-настоящему уникален, не только по набору генов, но и по тому, как меняется наш мозг со временем. Однако это также и угнетает, ведь это делает и без того трудную работу нейробиологов практически неразрешимой. Каждое изменение может затронуть тысячи, миллионы нейронов или весь мозг целиком, причем природа этих изменений в каждом случае тоже уникальна.
Хуже того, даже если бы мы смогли записать состояние каждого из 86 миллиардов нейронов мозга и сымитировать все это на компьютере, эта громадная модель оказалась бы бесполезной вне тела, которому принадлежит данный мозг. Это, пожалуй, самое досадное заблуждение об устройстве человека, которым мы обязаны ошибочной концепции ОИ.
Тем временем огромные средства расходуются на исследования мозга, основанные на ложных идеях и обещаниях, которые не будут исполнены. Так, в Евросоюзе был запущен проект исследования человеческого мозга стоимостью $1,3 млрд. Европейские власти поверили заманчивым обещаниям Генри Маркрэма создать к 2023 году действующий симулятор работы мозга на базе суперкомпьютера, который бы в корне изменил подход к лечению болезни Альцгеймера и других недугов, и обеспечили проекту практически безграничное финансирование. Меньше чем через два года после запуска проекта он обернулся провалом, и Маркрэма попросили уйти в отставку.
Люди – это живые организмы, а не компьютеры. Примите это. Нужно продолжать тяжелую работу по пониманию самих себя, но не тратить время на ненужный интеллектуальный багаж. За полвека существования концепция ОИ дала нам всего несколько полезных открытий. Настало время нажать на кнопку Delete.
Роберт Эпштейн – старший психолог Американского института поведенческих исследований и технологий в Калифорнии. Он является автором 15 книг, а также бывшим главным редактором журнала Psychology Today.
В 2018 году подвижные протезы уже не вызывают удивления, хотя нейронаука и близко не подошла к своему пику. Вероятно, следующий шаг — это полный синтез мозга и компьютера, а далее — человеческая память и сознание, живущие в микросхеме. Ниже мы поговорим об этом подробнее, расскажем, как скачивать данные из мозга за миллисекунды, порассуждаем, реально ли воссоздать 100 триллионов нервных связей мозга. Итак, возможно ли полностью оцифровать сознание человека, обессмертив его?
Как завещал Иэн Бэнкс
Иэн Бэнкс
Нейрокомпьютерный интерфейс
Соединить мозг человека и внешний прибор пытаются довольно давно и достаточно успешно. Благодаря этому появился нейрокомпьютерный интерфейс, посредник между мозгом и машиной. Опытные образцы создавались уже в 1999 году, когда электроды вживляли в мозг кошки, чтобы понять, что она видит. Сейчас, например, чтобы восстановить моторные функции при параличе, череп пациента вскрывают, а в мозг вживляют чип размером в 1 кв. сантиметр. Место для имплантации выбирают не по наитию, а руководствуясь четкой логикой: если за счет чипа человек будет контролировать моторные функции, значит, его поместят точно в задействованный участок мозга — моторный кортекс. С помощью кабеля чип подключают к компьютеру.
Пока силой мысли удается только перемещать курсор по экрану, но в перспективе можно будет печатать текст, причем с феноменальной скоростью. Впрочем, все это делается только в лаборатории. Требуются стерильное окружение, максимальная концентрация и отсутствие шумового загрязнения. Все для того, чтобы мозг мог передать машине довольно простую информацию, а процессор мог ее верно интерпретировать.
В прямом общении между мозгом и компьютером нужно выделить три аспекта: первый — вопрос преодоления физических изъянов, от сковывающих движения травм до полного паралича, второй — вопрос бессмертия, третий — феномен сверхскоростного обучения и психотерапии за счет перенастройки сознания. И если первый — совершенно реальный и уже успешно решенный, то второй и третий существуют только в проектах и прогнозах. Претворят ли их в жизнь?
Только вскрывать
К сожалению, единственный способ установить крепкую связь между мозгом и машиной — это поместить чип точно в мозг. Метод, который применяют при электроэнцефалографии (когда на голову надевают сетку из датчиков и проводов), здесь бессилен. Он хорошо справляется с измерением активности мозга, но не более. Фундаментальная проблема — невозможность слушать миллионы клеток и учитывать отдельные сигналы одновременно. Для управления органами или для изъятия информации с точностью до байта нужно подключать чип прямо к нервным клеткам. Нельзя сказать, что вживление запредельно болезненно: вскрытие черепа можно обезболить, а само мозговое вещество боли не чувствует. Однако такая киборгизация — далеко не самая приятная процедура и точно не легкая морально. И потом, нельзя взять и отменить иммунный ответ. Через какое-то время мозг начинает отторгать вживленные чипы, и участок рубцуется.
Шведский метод: скачать за миллисекунды
Во всех случая, когда компьютер работает с нервными сигналами, возникают трудности: во-первых, сигнал нужно перевести в понятную машине форму — в код, и это отнимает время, во-вторых, во входящем потоке импульсов надо распознать нужные. Нейроинформатики из Лундского университета (Швеция) в этом году предложили такой вариант нейрокомпьютерного интерфейса, в котором поступающие импульсы за миллисекунды переводятся в двоичный код. Архитектура позволяет хранить и обрабатывать колоссальный объем данных в реальном времени.
Разработка шведов открывает дорогу к цифровому человеку третьего тысячелетия, мыслящему не электрическими импульсами, а сразу двоичным кодом. Если говорить о приземленных целях без налета футурологии, то мгновенный доступ к базе данных мозга нужен как минимум по двум причинам: во-первых, для точного ментального контроля роботизированных протезов, во-вторых, чтобы заранее выявлять надвигающийся приступ, например, эпилепсии.
Обратный обмен
Возникает вопрос: если данные можно скачать и оцифровать за миллисекунды, возможно ли обратное? Можно ли миновать годы чтения и оттачивания навыка и, получив инъекцию информации за несколько секунд, радикально поумнеть, развить феноменальный интеллект или освоить новую профессию? Очевидно, что в ближайшие годы этот рубеж вряд ли будет взят.
Не все так просто
Теоретически скачать мозг человека целиком и записать его, чтобы обрести вечную жизнь, возможно. Парадокс в том, что, несмотря на феноменальное развитие, у современной нейронауки есть белые пятна. Если сравнивать научное покрытие сердца и изученность мозга, то сердце описано и проанализировано детально, вплоть до клетки, а мозг, вероятно, только на 95%. Например, до 2015 года считалось, что астроциты и клетки глии не функциональны, что они служат вспомогательной декорацией, в то время как нервные импульсы передаются только между нейронами. Ученые же из французской Политехнической школы доказали, что это — заблуждение и клетки глии тоже передают электрические сигналы. Позже выяснилось, что в той же глии распространяются фотонные сигналы, это и вовсе ошарашило научное сообщество. Наконец, нейроны общаются не только на языке электрических импульсов, но и химически. Для стандартных чипов этот язык — непонятная тайнопись.
Итоги
Футуролог Рэймонд Курцвейл достаточно оптимистично оценивает появление компьютера, эквивалентного по мощности и архитектуре человеческому мозгу. Он считает, что это случится около 2025—2027 годов. Однако нельзя сказать, что к этому моменту нейроинформатикам удастся смоделировать сознание в микросхеме. Путь преграждает как запутанная и неясная природа мозга, так и биоэтика, ведь речь будет идти о гибриде, совмещающем технологию и человеческий разум.
Вообще-то это уже происходит, мы наступаем на пятки будущему. Перенесемся в 2013 год: в кампусе Вашингтонского университета Раджеш рубится в компьютерную игру без рук — мысленно пытается выстрелить по цели. В соседней комнате у клавиатуры сидит его коллега Андреа. Как только Раджеш решает выстрелить, его мысль по интернету передается в мозг Андреа, и тот щелкает по клавише.
В 2012-м в сети появляется видео о том, как Кэти Хатчинсон, тело которой из-за болезни замерло 15 лет назад, с помощью нейроинтерфейса управляет роботизированной рукой: берет чашку, выпивает своей утренний кофе — и улыбается.
В 2014-м на открытии чемпионата мира по футболу на стадион выходит Железный человек — Джулиано Пинто. Парализованный мужчина с помощью управляемого силой мысли экзоскелета делает первый символический удар по мячу.
Знакомьтесь, мозг
Чтобы объяснить, как работает машина в голове, делающая нас нами, ученые осматриваются вокруг в поисках аналогичных устройств. Когда исследователи начали экспериментировать с электрическим током, то решили, что в голове главный начальник — электричество. Стоило появиться телефонным коммутаторам, мозг стали описывать как сложный клубок проводов и переключателей. Возникли компьютеры, и стало понятно, что мозг похож на компьютер, а после появления интернета его чаще сравнивают с информационной сетью. Чтобы разобраться в работе сознания, пока без метафор не обойтись — они помогают постепенно продвигаться в решении головоломки: ведь информация в мозге действительно передается с помощью электрических импульсов по своеобразным проводам — нервам, образованным отростками нейронов.
— Пару веков назад появилась идея, что мозг — это большой предсказатель, — рассказывает Алексей Осадчий, руководитель Центра биоэлектрических интерфейсов Высшей школы экономики. — Устройство, с помощью которого человек может предугадывать события. А потом с помощью информации от органов чувств мозг сопоставляет свое предсказание с действительностью. И если промахнулся — изменяет и предсказание, и свою модель ситуации.
— Мозг — это бесконечная головоломка, которую нам еще разгадывать и разгадывать, — говорит Алексей Осадчий. — Но все же появляются технологии, которые позволяют извлекать пользу даже из того ограниченного понимания мозга, что у нас есть. Например, мы создаем лекарства от неврологических заболеваний; научились находить ненормально активные участки мозга при эпилепсии. С нейроинтерфейсами так же. Они начинают работать, хотя мы не до конца понимаем, как мозг и компьютер договариваются. Просто если мозг заинтересован в достижении результата, то он включает внутренние механизмы адаптации, сам настраивается на особенности взаимодействия с компьютером — и начинает им управлять.
Как подключиться к мозгу
Чтобы войти в контакт с мозгом человека, применяют и другой подход — инвазивный, когда в черепе сверлят небольшие дырочки и накладывают на поверхность мозга кружево из электродов или даже вводят датчики внутрь.
Зачем лезть в голову?
— Нейроинтерфейс — это ведь та самая, из сказок и мифов, мечта человека выражать свои мысли и намерения без помощи речи или движения, — говорит Александр Каплан. — Казалось бы, мы почти у цели: в нашей лаборатории любой человек может сесть за экран компьютера, надеть шапочку с электродами, и нейроинтерфейс позволит ему набирать текст без голоса и движений. Человек фокусирует внимание на нужной букве, а наш алгоритм это улавливает. Так работает НейроЧат. Смысл технологии в том, чтобы помочь общаться людям, которые потеряли речь из-за болезни или травмы.
Экзоскелет для реабилитации парализованных пациентов, с помощью которого Джулиан Пинто сделал первый удар по мячу на открытии чемпионата мира в Бразилии
Наша эволюция не закончилась. Зато она оказалась в наших руках. Наравне с генной инженерией нейроинтерфейс поможет нам раскрыть подлинные возможности человека
— Нейроинтерфейс помогает парализованным пациентам передвигаться, — добавляет Михаил Лебедев. — При повреждении спинного мозга человек теряет способность двигать ногами или руками, но области мозга, ответственные за движение, находятся в рабочем состоянии, и они, в принципе, могли бы управлять телом. Только для этого сигналу придется обойти место повреждения спинного мозга и прибежать к протезу, экзоскелету или к собственной конечности человека. Таким обходным путем становится нейроинтерфейс. Уже сейчас парализованные пациенты могут с помощью нейроинтерфейсов двигать механической рукой или экзоскелетом: не так давно интернет облетело видео, как с помощью искусственной руки полностью парализованный после стычки с полицией наркодилер попивает кофе. Вообще говоря, приемником команды от мозга может быть что угодно — у нас появляется возможность силой мысли управлять любыми внешними объектами.
Это еще одна суперспособность нейроинтерфейса — возвращать людям утраченные чувства. Так, еще в 1977 году в Вене слуховой нерв впервые соединили с микрофоном и электродами — и появилась кохлеарная имплантация, наполнившая мир звуками для людей с глухотой. Искусственное зрение и осязание значительно моложе, но тоже уже помогают людям почувствовать мир на полную катушку.
— Отчасти нейроинтерфейсы, которые позволяют чувствовать протез, уже созданы, — уточняет Александр Каплан. — Например, в момент прикосновения сенсоры искусственной руки отправляют в кору мозга электрический сигнал, различный для каждого пальца. Мозг достаточно быстро выучивает этот код, и пациент начинает осязать с помощью искусственной конечности. Первый раз такой эксперимент провели в 2016 году: вы только представьте, доброволец, парализованный после аварии, благодаря нейрокомпьютерному интерфейсу впервые за 12 лет смог почувствовать прикосновения к пальцам.
Как стать суперменом
— Еще одна разработка — протез зрения, — говорит Михаил Лебедев. — Существует несколько разработок такого протеза, например искусственная сетчатка. Марк Хумаюн из Университета Южной Калифорнии создал интерфейс, который обнаруживает свет с помощью миниатюрной камеры, преобразует его в электрический сигнал и через электроды на зрительном нерве отправляет этот сигнал в мозг. Протез очень удачно назвали — Аргус, в честь многоглазого великана из греческой мифологии. Такой бионический глаз подарит зрение людям, которые были слепы в течение десятилетий. А если сделать еще шаг вперед? Ведь можно на основе интерфейса вообще дать человеку какое-нибудь новое чувство! Например, магнитное, как у летучих мышей и птиц. Нашей исследовательской группе удалось проделать это с крысами: благодаря специальным электродам в голове они научились видеть инфракрасные лучи.
К смелым идеям первым переходит Михаил Лебедев:
— Только представьте, какой получится уникальный симбиоз, если соединить мозг с компьютером: компьютер обладает огромной памятью и вычислительными способностями, да и человек многое умеет. Получится супермен!
Искусственный глаз Аргус II обнаруживает свет с помощью миниатюрной камеры, преобразует его в электрический сигнал и через электроды на зрительном нерве отправляет этот сигнал в мозг
Чего мы боимся?
Есть и другие опасности. Мозг, как показывают эксперименты, принимает решение до того, как мы это решение осознаем, — а иногда мы и вовсе не замечаем, что решение было принято. Поэтому с компьютером он может договориться вообще без нашего ведома. А в нейроинтерфейсе решение мозга тут же перехватывается электронными средствами, передается исполнительным устройствам. И вякнуть не успеешь, как мозг на пару с электродами и проводочками уже что-то наделал!
Наконец, очевидно, что человек в экзоскелете быстрее и сильнее любого спортсмена, а голова с вживленным процессором думает лучше, чем голова без него. Да еще и нейроинтерфейсы по-разному подчиняются людям — кто-то быстрее находит общий язык с компьютером, кто-то медленнее. Так что мы можем столкнуться с новым уровнем неравенства: между киборгами и простыми смертными. Да и вообще не очень понятно, как все эти процессоры в голове, экзоскелеты, механические конечности и органы чувств изменят человека — вдруг мы превратимся в роботов?
Из-за всех этих опасений даже хочется отказаться от заманчивой идеи обзавестись научными аналогами телепатии и телекинеза. Но давайте разберемся.
— Человек от электрода в голове изменится не меньше и не больше, чем когда пересаживают почку или сердце, — говорит Алексей Осадчий. — Важно понимать, что речь не только о рисках, но и о том, что мы получаем взамен. Например, эпилепсия, помимо всего прочего, оттягивает на себя очень много ресурсов: дети с эпилепсией просто не развиваются. И если на лекарства пациент не реагирует, нас не смущает, когда врачи накладывают электроды на очаг патологического возбуждения или вообще удаляют пятую или десятую часть всего мозга, в которой находится этот очаг! При этом как раз может поменяться личность: человек был мотивированным — стал немотивированным. Зато, как только делают такую операцию, ребенок начинает развиваться. Дорогая ли это цена за полноценную жизнь? И с нейроинтерфейсом то же самое: мы имплантируем чип, чтобы человек смог снова ходить, чтобы он в компании с компьютером лучше думал или чтобы смог управлять четырьмя искусственными руками и производить какие-то супермегасложные операции.
— Еще часто говорят, что такие прогрессивные технологии смогут купить только очень богатые люди. Результат — жуткое неравенство и несправедливость, — продолжает Михаил Лебедев. — Но вспомните появление мобильных телефонов. Поначалу действительно только богатые могли наслаждаться этим новшеством — очень дорогими, громоздкими, неудобными и плохо работающими мобильниками. А когда сотовые уменьшились в размере и стали работать без перебоев, они подешевели и стали доступны всем. Все то же произойдет и с нейроинтерфейсом.
— Нейроинтерфейсы не увеличат неравенство еще и потому, что люди уже очень разные, несмотря на исходно единую конструкцию мозга, — говорит Алексей Осадчий. — Мозги у нас работают по-разному в зависимости от опыта, навыков, окружения. Возьмем, к примеру, ребенка, который играет на скрипке. Этот навык формируется в детстве — и мозг у скрипача не такой, как у меня. Потому что у него из-за этой скрипки образовались определенные участки в коре мозга, которые он как-то по-своему использует. И у искусного столяра, и у художника, и у баскетболиста опыт в буквальном смысле впечатывается в мозг и тем самым формирует уникальную личность. Так почему бы нам не относиться к нейроинтерфейсам как к еще одному типу инструментов — как к рубанку столяра, скрипке музыканта или кисти художника?
РАЗРАБОТЧИКИ НЕЙРОИНТЕРФЕЙСОВ
Александр Каплан
Александр Каплан Психофизиолог, завед ующий лабораторией нейрофизиологии и нейроинтерфейсов на биологическом ф акультете МГУ им. М. В. Ломоносова.
Михаил Лебедев
Михаил Лебедев Научный руководитель Центра биоэлектрических интерфейсов, старший научный сотрудник в Центре нейроинженерии Университета Дьюка
Алексей Осадчий
Руководитель Центра биоэлектрических интерфейсов Высшей школы экономики. Алексей Осадчий придумывает, как подглядеть за внутренним миром человека — за работой мозга. Сейчас в лаборатории биоэлектрических интерфейсов совместно с Михаилом Лебедевым ученый работает над созданием интерфейса двустороннего общения между мозгом и компьютером. Именно на это исследование был выделен мегагрант в 90 миллионов рублей.
Майкл Грациано — профессор психологии и неврологии в Принстонском университете. Он изучает нейробиологические основы сознания и работу головного мозга.
Представьте будущее, в котором никто не умирает — наоборот, сознание человека загружается в цифровой мир. Там оно может существовать в теле-аватаре в правдоподобной искусственной реальности и даже возвращаться, влияя на биологический мир.
Потенциал загрузки сознания колоссален, но что потребуется для сканирования мозга и переноса его сознания?
Главная сложность состоит в сканировании мозга со степенью детализации, достаточной для запечатления сознания и последующем точнейшем его воссоздании. Но для начала необходимо определить, что именно сканировать.
Мозг человека состоит примерно из 86 млрд нейронов, связанных друг с другом посредством как минимум 100 трлн синапсов. Данная модель соединения нейронов мозга, а точнее — комбинации всех нейронов и их взаимосвязей, — называется коннектомом человека. Карта связей коннектома до сих пор не составлена, и механизм передачи сигналов между нейронами до конца не изучен.
Существуют сотни, а возможно и тысячи, различных видов соединений или синапсов. Каждый из них функционирует по-своему. Одни работают быстрее, другие — медленнее. Одни в процессе обучения быстро растут или сжимаются, другие более устойчивы во времени. И помимо триллионов четко определенных непосредственных парных соединений, существуют нейроны, которые испускают нейромедиаторы, одновременно воздействующие на множество других нейронов. Чтобы копировать сознание человека, необходимо создать карту различных видов взаимодействий.
Существует также немало факторов, влияющих на нейронные сигналы, но они пока мало изучены или не обнаружены вовсе. Приведем всего один пример.
На паттерны активности между нейронами, скорее всего, влияет тип клеток, называемых глия. Глия окружает нейроны и, как полагают некоторые ученые, подобных клеток в десять раз больше, чем нейронов. Раньше считалось, что глиальные клетки являются только структурной поддержкой, но хотя их функции до сих пор мало изучены, некоторые из них определенно могут генерировать собственные сигналы, влияющие на процесс передачи информации.
Как отсканировать мозг?
Существующего представления о мозге пока недостаточно, чтобы определить, что на самом деле необходимо для копирования сознания, но представим, что знание достигло требуемого уровня, как же тогда отсканировать мозг?
В настоящее время при помощи передовых неинвазивных методов, таких как МРТ, можно получать четкие сканированные изображения живого человеческого мозга с разрешением примерно в полмиллиметра.
Для обнаружения синапсов потребуется сканирование с разрешением около микрона — тысячной доли миллиметра. Для определения вида синапса и в точности насколько каждый из них активен, потребуется еще более высокое разрешение.
МРТ использует сильные магнитные поля. Для сканирования с разрешением, необходимым для распознавания деталей отдельных синапсов, потребуется настолько сильное поле, что ткани мозга просто сварятся. Поэтому чтобы совершить прорыв в качестве разрешения снимков, нужна принципиально новая технология сканирования.
Намного проще отсканировать мертвый мозг при помощи электронного микроскопа, но и эта технология никуда не годится, поскольку потребовалось бы сначала умертвить объект исследования.
Как оцифровать мозг
Допустим, что мы достаточно хорошо изучим мозг и поймем, что сканировать, а также изобретем технологию безопасного сканирования с высоким разрешением, но тогда тут же возникает проблема воспроизведения цифровых данных. Основными преградами будут вычислительные мощности и объемы хранения данных, правда, с каждым годом оба этих параметра улучшаются.
На самом деле мы намного больше продвинулись в плане компьютеров, чем в научном понимании и сканировании сознания. Искусственные нейронные сети уже управляют поисковыми системами в интернете, визуальными помощниками, беспилотными автомобилями, алгоритмической торговлей на Уолл-стрит и смартфонами. Никто еще не сумел построить искусственную сеть из 86 млрд нейронов, но если компьютерные технологии продолжат совершенствоваться, то можно будет управлять даже такими объемами данных.
На каждой стадии процесса сканирования и загрузки надо удостовериться в точности сбора необходимой информации, иначе можно ненароком получить испорченную версию сознания.
И хотя загрузка сознания теоретически возможна, для ее практической реализации, скорее всего, потребуется еще не одна сотня лет на разработку технологии и научного понимания. И все это упрется в проблемы этического и философского характера: кому будет доступна загрузка сознания в виртуальный мир? Какими правами будет обладать виртуальное сознание? Какие возможны злоупотребления этой технологией?
И даже если когда-нибудь загрузка сознания станет возможна, можно ли этим заниматься — вопрос по-прежнему открыт.
Методы регистрации электрической активности мозга были разработаны в 1929 году немецким физиологом Гансом Бергером. Уже в тридцатые годы электроэнцефалография стала восприниматься не только как диагностическая процедура, а как нечто гораздо более универсальное и перспективное. Появилась даже идея читать мысли и использовать ЭЭГ для мысленного управления внешними устройствами.
Несмотря на значительный интерес, заметных успехов в расшифровке отдельных сенсорных импульсов и управляющих сигналов мозга учёные достигли только к семидесятым годам. Большой вклад внесли исследования Натальи Петровны Бехтеревой и работы Эдмонда Девана.
Примерно тогда же стало окончательно ясно, что регистрация потенциалов никакого отношения к чтению мыслей не имеет даже в перспективе. Зато была показана возможность распознавать шаблоны суммарной электрической активности мозга и использовать их для формирования мысленных приказов электронике.
С середины девяностых начался настоящий бум развития нейрокомпьютерных интерфейсов. Они стали излюбленной темой фантастов, но реальность порой превосходила ожидания. К примеру, роботы стали слушаться не только мысленных приказов от находящегося поблизости человека, но и воспринимать отправляемые через интернет команды от удалённых на многие километры лабораторных животных.
Помимо восстановления моторных функций активно велись разработки и в направлении сенсорных. Десятилетиями группы учёных пытались наделить слепых хоть каким-то подобием зрения.
В каждом из этих направлений сегодня есть заметные успехи, но сложностей в практическом применении ещё масса. Главные из них касаются больших габаритов всей системы, малого времени её автономной работы и многочисленных проводных подключений. По этой причине, а также в силу высокой стоимости такие устройства до сих пор единичны.
Новый BCI работает от бесконтактно подзаряжаемого автономного источника питания. Помимо миниатюрности он отличается мобильностью, возможностью долговременного использования и надёжностью передачи сигналов, сравнимой с проводной реализацией.
В проводных вариантах кабели ограничивали возможности дизайна и задавали жёсткие рамки для самих условий испытаний. Добровольцы фактически были привязаны к креслу, поэтому раньше экспериментальная часть обычно ограничивалась анализом ЭЭГ при выполнении ими простых движений. Теперь, благодаря беспроводному интерфейсу, появилась возможность сконцентрироваться на изучении работы мозга во время сложных процессов в более естественных условиях и реальных сценариях. Беспроводная реализация BCI была успешно опробована на свиньях и обезьянах в течение более 13 месяцев. Следующий шаг – испытания на добровольцах.
Электроника нового интерфейса (за исключением микроантенн) размещается в герметичном титановом корпусе. Она питается от литий-ионной батареи с индуктивной схемой зарядки. Чип соединяется с различными отделами коры больших полушарий головного мозга при помощи микроэлектродов. В текущей версии интерфейса используется сто штук. Электроды имплантируются в соматосенсорные и двигательные области коры, соответственно передавая сигналы от органов чувств и управляющие команды мозга.
От чипа оцифрованные данные передаются на частоте 3,2 и 3,8 ГГц со скоростью 24 Мбит/с на расположенный поблизости компьютер. Потребляемая мощность трансмиттера составляет всего 100 мВт, поэтому двухчасовой индуктивной зарядки всей имплантированной части системы хватает на шесть часов непрерывной работы. Исследователям удалось даже создать и вживить миниатюрную систему водяного охлаждения для того, чтобы нагрев прибора во время зарядки не вызывал неприятных ощущений.
В России работы в направлении BCI ведутся разными научными коллективами, но чаще других в последнее время упоминается лаборатория нейрофизиологии и нейрокомпьютерных интерфейсов биологического факультета МГУ. Под руководством профессора Александра Каплана были разработаны методики игрового обучения управлению BCI и различные компьютерные программы. Благодаря одной из них лишённые возможности печатать люди могут набирать текст, мысленно выбирая нужную букву на пересечении символьных строк и рядов. Другие программы созданы для посттравматической реабилитации методами биологической обратной связи и направлены на восстановление функций самого мозга.
К сожалению, несмотря на хорошую научную базу и наличие квалифицированных кадров, по уровню технической реализации отечественные разработки ещё значительно уступают рассмотренным выше примерам. Даже простое упоминание числа одновременно используемых у зарубежных коллег отведений (128 — 256) вызывает в наших соотечественниках разноцветную зависть.
Читайте также: