В конце февраля этого года Илон Маск заявил, что первое испытание чипа Neuralink на человеке проходит успешно. Пациент чувствует себя хорошо, он уже перемещает указатель мыши силой мысли и постепенно учится делать клики. Скоро он сможет листать Хабр, не пошевелив ни единой мышцей своего тела.
Если судить по новостям, кажется, что Маск единолично двигает технологический прогресс человечества. Но, отдавая должное его пиару и не умаляя действительных заслуг, стоит отметить, что он не единственный, кто сейчас занимается нейроимплантами. История началась задолго до Neuralink. В статье мы вспомним прошлое, окинем широким взглядом настоящее и попробуем предвидеть будущее нейроинтерфейсов.
Истоки
Можно сказать, что история нейроимплантов начинается в 80-х годах. Если точнее — в 1780-х. Именно тогда итальянский ученый Луиджи Гальвани случайно обнаружил, что мертвая лягушка от полученного электрического разряда начинает подергивать лапками, как живая. Вместо того чтобы звать экзорциста, Гальвани задумался о роли электричества в организме и положил начало электрофизиологии. А электроды Гальвани можно назвать первым нейропротезом, — конечно, с огромной натяжкой!
К середине XIX века электрофизиологи выяснили, что нервы работают на электричестве. В это же время их коллеги-нейрофизиологи начали картировать головной мозг — выяснять экспериментальным путем, какие отделы за что отвечают.
Вскоре эти два направления исследований объединились. В 1870 году Густав Фрич и Эдвард Хитциг провели эпохальный и довольно жестокий эксперимент на живой собаке. Они обнаружили, что стимуляция определенных участков коры головного мозга электродами вызывает непроизвольную двигательную активность. Чтобы собакам было не так обидно, в 1874 году Робертс Бартолоу поставил похожий опыт уже на человеке. Экспериментируя с электротерапией, он втыкал иглы в мозг пациентки и подавал на них ток различной силы. Он добился разных эффектов, таких как непроизвольные движения частей тела, которые перешли в судороги при увеличении силы тока. К сожалению, для пациентки эти опыты закончились комой и смертью. В итоге разразился большой скандал, и Американская медицинская ассоциация запретила опыты на людях, не связанные со спасением жизни пациента.
В 1924 году Ханса Бергера посетила новаторская идея: а что, если не вскрывать никому череп? Он изобрел электроэнцефалограф и научился считывать электрическую активность мозга прямо сквозь черепную коробку. Бергера можно считать отцом неинвазивных нейроинтерфейсов — концептуально все они основаны на принципах ЭЭГ.
Если вы читали Гибсона или смотрели «Призрака в доспехах», то должны помнить сцены, где хакер побеждает противника-киборга, перехватив контроль над его телом. Эти сцены — выдумка только отчасти, им предшествовали реальные события. В 1952 году Хосе Дельгадо (ученый, заслуживающий отдельной статьи) с помощью пульта дистанционного управления остановил бегущего на него разъяренного быка. Быку в мозг был заранее вживлен специальный имплант, который по нажатию кнопки подал электрический импульс в отдел мозга, отвечающий за агрессию, и подавил его активность. К сожалению, без вскрытия черепа вновь не обошлось.
От эпатажной нейрокорриды Дельгадо было уже рукой подать до настоящих, практически полезных нейроимплантов.
Начало
Первым серьезным, без кавычек, нейроимплантом стал кохлеарный имплант — прибор, с помощью которого глухому человеку можно вернуть слух. Человеческое ухо — сложный, многоступенчатый агрегат. Вибрации барабанной перепонки через специальные слуховые кости передаются во внутреннее ухо, заполненное жидкостью. Колебания жидкости улавливаются волосковыми клетками, от которых сигнал идет по слуховому нерву в мозг. Разрыв любого звена в этой цепи приведет к тому, что человек оглохнет.
Кохлеарный имплант упраздняет большую часть этой машинерии, заменяя ее электроникой. Микрофон улавливает звук и преобразовывает его в электрические импульсы. А эти импульсы напрямую стимулируют звуковой нерв.
Первый кохлеарный имплант появился в 1961 году. Или, как пишут на некоторых сайтах, в 1972 году. Откуда берется разница в 11 лет? В 1961 году экспериментальный имплант был впервые установлен пациенту, а в 1972 году первый серийный образец поступил в свободную продажу. Это довольно характерный разрыв, когда речь идет о медицинских инновациях.
Но кохлеарный имплант — это еще не киберпанк. Он относится к так называемым нейропротезам и соединяет нервную систему с конкретным периферийным устройством для выполнения конкретной функции.
Киберпанк начинается в 1973 году, когда Жак Видаль в своей статье впервые употребляет термин «нейрокомпьютерный интерфейс». В отличие от нейропротеза это имплант, который связывает мозг напрямую с компьютером, и эта связь может служить самым разнообразным целям. В 1977-м Видаль создал пример такого интерфейса: человек с помощью ЭЭГ управлял указателем мыши на экране компьютера.
Таким образом, согласно заявлению Маска, Neuralink успешно достиг уровня технологий 1977 года.
Настоящее
Если первый нейроинтерфейс был создан почти полвека назад, может возникнуть вопрос: почему мы до сих пор не управляем компьютером силой мысли?
Строго говоря, ничто не мешает это делать. За разумные деньги вы можете прямо сейчас приобрести нейрогарнитуру вроде NeuroSky MindWave. Она надевается на голову как наушники и считывает электромагнитную активность мозга. Разумеется, все нейроинтерфейсы в свободной продаже — неинвазивные, то есть электроды не проникают в мозг физически.
В комплекте с нейрогарнитурой вы, скорее всего, получите диск с набором софта — драйверы, игры, приложения. Среди приложений может быть что-то для медитации или концентрации — сейчас это основная сфера практического применения нейрогарнитур. Работает это благодаря механизму БАС — биологической обратной связи. Если какую-то мозговую характеристику сделать видимой (например, вывести на экран), то после некоторых тренировок можно научиться ей сознательно управлять.
В состоянии медитации мозг производит мало бета-волн и много альфа- и тета-волн. Приложение сигнализирует об этих показателях, и после некоторой практики открывается возможность влиять на них.
На механизме БАС основано и любое другое использование нейрогарнитуры. Это одновременно создает и возможности, и проблемы. Возможности, потому что нет жестко заданного набора «кнопок», на которые мозг способен мысленно нажимать. Нейрогарнитура выделяет какую-то характеристику электромагнитной активности мозга, а затем пользователь учится эту характеристику сознательно воспроизводить. Игры, которые идут в комплекте, обычно помогают с процессом обучения. Например, игра по мотивам «Звездных войн» — «вытащи из болота космический корабль с помощью Силы». Высота подъема корабля становится индикатором одной из мозговых характеристик, а дальше срабатывает БАС, и пользователь тренируется делать мозгом именно вот так. Но проблема в том, что большинство пользователей хочет пользоваться, а не тренироваться. Необходимость тренировки сразу резко повышает порог входа.
Но главная проблема неинвазивных нейроинтерфейсов не в этом, а в низкой скорости передачи данных. ЭЭГ считывает электромагнитную активность не отдельных нейронов, а их совокупностей, то есть целых участков мозга. Если вы задумаете девятизначное число, то ЭЭГ увидит только усиление активности в зоне коры, отвечающей за арифметику. Вместо тридцати бит (примерно столько информации содержится в девятизначном числе) на выходе будет один (какое-то число задумано). Это похоже на печатание в боксерских перчатках — возможно, но медленно.
Передача данных в обратную сторону для неинвазивного нейроинтерфейса также проблематична. Существует транскраниальная магнитная стимуляция, но она, опять же, работает не на уровне отдельных нейронов — она воздействует на целые отделы мозга. Это примерно как отстукивать жестким диском морзянку. Впрочем, нейрогарнитуры и не пытаются передавать данные в мозг напрямую — они используют дисплей или динамики.
Подводя итог: вероятно, вы не найдете в стандартном комплекте приложений «нейроклавиатуры» и «нейромыши». Технически это реализуемо, но скорость и точность ввода будут печальными.
Ближайшее будущее
Учитывая принципиальные ограничения неинвазивных нейроинтерфейсов, неудивительно, что основные надежды возлагаются на инвазивные нейроинтерфейсы. Электроды, подключенные к мозгу напрямую, позволят передавать и получать информацию с невероятной скоростью. По крайней мере, теоретически. А что сейчас с этим на практике?
Основная проблема инвазивных нейроинтерфейсов — то, что они инвазивны. Любая операция на мозге — это риск. Мало кто пойдет на это ради того, чтобы видео с котиками транслировались напрямую в зрительную кору. Большую трудность представляет прямое соединение живой нервной ткани и неживого электрода. Такое соединение имеет тенденцию деградировать и рубцеваться.
Neuralink пытается сделать оперативное вмешательство более безопасным с помощью миниатюризации. 64 проводящие нити, каждая вчетверо тоньше человеческого волоса, вживляются в мозг через крохотное отверстие в черепе. На этом основании Маск классифицирует свой нейроинтерфейс как «малоинвазивный». Кроме того, при этом используется специальный робот — «помесь микроскопа и швейной машинки». Он автоматизирует мелкие детали операции, а у человека-хирурга остается стратегический контроль. По словам Маска, операция безболезненная, не требует анестезии и пациент может вернуться домой в тот же день.
Ближайший конкурент Neuralink, компания Synchron, использует другой подход. Их устройство под названием Stentrode — гибкий и тонкий сетчатый цилиндр. Он вводится через яремную вену и по кровеносной системе достигает моторной коры головного мозга. Там он останавливается и постепенно врастает в стенки кровеносного сосуда. По тонкому проводу он связывается со вторым (грудным) имплантом, которой имеет больший размер и выполняет роль передатчика.
Установка стента — хорошо отработанная и достаточно безопасная операция, в отличие от просверливания черепа, пусть даже очень маленьким сверлом. В частности, благодаря этому Synchron опережает Neuralink во внедрении. В 2020 году первый Stentrode был успешно вживлен пациенту в Австралии. В 2022 году аналогичная операция была проведена в США — это большое достижение не с медицинской, но с юридической точки зрения, ведь в США со времен Робертса Бартолоу медицинские эксперименты регулируются весьма строго.
Проблему соединения электродов с живыми клетками Neuralink и Synchrone решают одинаково — с помощью специального проводящего полимера. Вещество под неудобопроизносимым названием PEDOT:PSS изобретено не вчера и уже имеет массу технологических применений — например, в качестве антистатического покрытия дисплеев. Однако использовать его в нейроинтерфейсах догадались сравнительно недавно.
Выше мы говорили о проблемах нейрогарнитур — необходимости обучения и низкой скорости передачи данных. Как с этим обстоят дела у инвазивных нейроинтерфейсов?
Neuralink контактирует с мозгом через 1024 электрода — по 16 на каждой нити. Данные с этих электродов обрабатываются специальным чипом, который усиливает сигнал и отсекает шум. Дальше через Bluetooth сигнал поступает на периферийные устройства, которыми можно управлять в реальном времени. Задержка обработки сигнала в самом чипе минимальна, измеряется в наносекундах. Однако о скорости передачи полезных данных информации пока нет.
На трубке Stentrode всего 16 электродов, которые к тому же не контактируют с нейронами напрямую, а снимают данные через стенки сосуда. Чтобы их технология была практически применима, они используют «грязный хак» — датчик движения глаз. Таким образом, курсором мыши пользователь управляет с помощью глаз, а с помощью Stentrode производится только «клик».
Что касается тренировки, для использования Stentrode она по-прежнему нужна. И, судя по заявлению Илона Маска о том, что первый пользователь Neuralink «учится делать клик», там она тоже требуется. Похоже, в нейроинтерфейсах нет царских путей.
Основная разница между Synchrone и Neuralink — в позиционировании. Synchrone фокусируется на помощи людям с ограниченной подвижностью, и в течение последних четырех лет компания действительно им помогает, хотя и в довольно скромных масштабах. Neuralink же обещает своим пользователям настоящее киберпанковое будущее. Среди заявлений Маска — возможность транслировать музыку напрямую в голову, телепатическое общение, внешнее хранилище памяти и тому подобное. Но пока что это только заявления. Даст ли возможность технология Neuralink реализовать все задуманное? Покажет время.
Туманное будущее
Сейчас нейроинтерфейсы — это либо забавная игрушка, либо печальная необходимость. Но футурологи сходятся во мнении, что в будущем нейроинтерфейсы станут так же важны, как сейчас микросхемы.
Выйдя в серийное производство и вылечившись от «детских болезней», нейроинтерфейсы повысят продуктивность труда. Избавившись от посредников в виде пальцев, клавиатуры и мыши, человек сможет работать за компьютером буквально со скоростью мысли.
Такое будущее потребует создания специальных «мыслеинтерфейсов». Ввод напрямую из мозга потребует переосмыслить все существующие концепции UX/UI и изобрести новые. Уже сейчас нейрогарнитуры поставляются вместе с девкитами, и разработчики-энтузиасты придумывают способы, как сделать мыслеввод максимально полезным и удобным. Вероятно, уже совсем скоро появится профессия «проектировщик мыслеинтерфейсов».
С другой стороны, большую роль в создании мыслеинтерфейсов может сыграть машинное обучение. Умная модель сможет даже по зашумленному сигналу от мозга понять, что пользователь имел в виду. Это упростит тренировку и снизит требования к концентрации. Возможно, через какое-то время появятся нейросайентисты — специалисты по машинному обучению, заточенные конкретно под эту область.
В более отдаленном и фантастическом будущем нейроинтерфейсы смогут улучшить само мышление. Если человеческую оперативную память можно будет расширить так же, как оперативную память компьютера, если можно будет встроить в живой мозг математический сопроцессор и подключить базу знаний как жесткий диск — тогда человек сможет потягаться с сильным ИИ (который, как многие надеются или боятся, уже не за горами).
В России даже принят официальный план развития нейротехнологий. Получится ли ему следовать — это отдельный вопрос, но сам факт свидетельствует о понимании критической важности этой технологии.
Конечно, не все так безоблачно на киберпанковом горизонте. Новые возможности несут в себе новые проблемы. Например, вопрос свободы воли. Если мышление человека будет аугментировано нейрочипом и если этот человек совершит преступление — как понять, кто несет ответственность за преступление, человек или нейрочип?
Еще одна проблема — культура запланированного устаревания и ответственность технологических компаний. Что, если компания, выпустившая нейроинтерфейс, решит прекратить его обслуживание? Что, если она вообще обанкротится? Это не смартфон, который можно легко заменить новой моделью.
Как и всегда, будущее непонятно, но очень интересно. А что по этому поводу думаете вы? Пишите в комментариях.