Обходя ограничения

Подобно тому, как древние греки мечтали о полете, сегодня мы мечтаем объединить мозг и машину с целью борьбы с досадной проблемой человеческой смертности. Может ли разум напрямую соединиться с искусственным интеллектом, роботами и другими разумами через нейроинтерфейс (BCI), чтобы преодолеть наши человеческие ограничения?

За последние 50 лет исследователи из университетских лабораторий и компаний по всему миру добились впечатляющего прогресса в достижении такого будущего. В последнее время успешные предприниматели, например, Илон Маск (Neuralink) и Брайан Джонсон (Kernel), объявили о новых компаниях, чья цель – расширить человеческие возможности при помощи объединения мозга и компьютера.

Насколько близки мы к успешному объединению нашего мозга с машинами? И каковы могут быть последствия?

Начало: реабилитация и восстановление

Эб Фетц (Eb Fetz), исследователь из Центра Сенсорной Нейронной Инженерии (CSNE), является одним из пионеров в подключении машин к мозгу. В 1969 году, прежде чем появились первые персональные компьютеры, он показал, что обезьяны могут использовать свои мозговые сигналы, чтобы контролировать иглу, движущуюся по диску.

Большая часть современных работ над BCI направлена на улучшение качества жизни парализованных людей или имеющих серьёзные двигательные нарушения. Возможно, вы слышали о них в новостях: исследователи из Университета Питтсбурга используют сигналы, записанные внутри мозга, для управления роботизированной рукой. Стэнфордские исследователи могут извлекать желание движения парализованных пациентов из сигналов мозга, позволяя им использовать планшет по беспроводной сети.

Аналогичным образом, некоторые ограниченные виртуальные ощущения могут быть направлены обратно в мозг, при помощи электрического тока внутри или на поверхности мозга.

Как насчёт наших главных чувств – зрения и слуха? Первые версии бионических глаз для людей с серьёзным нарушением зрения были выпущены на коммерческой основе, и улучшенные версии проходят клинические испытания. Слуховые имплантаты, с другой стороны, стали одним из самых успешных и наиболее распространённых бионических имплантатов – более 300 000 людей во всём мире используют их.



Двунаправленный интерфейс «мозг-компьютер» (BBCI) может записывать сигналы из мозга и отправлять информацию обратно в мозг через стимуляцию. Центр Сенсомоторной Нейронной Инженерии (CSNE), CC BY-ND

Наиболее сложными BCI являются «двунаправленные» BCI (BBCI), которые могут принимать сигналы из нервной системы и посылать их в неё. В нашем центре мы изучаем BBCI как радикально новый реабилитационный инструмент для лечения инсульта и травмы спинного мозга. Мы показали, что BBCI может использоваться для укрепления связей между двумя областями мозга или между головным и спинным мозгом и перенаправлять информацию вокруг области повреждения, чтобы реанимировать парализованную конечность.

Глядя на все эти успехи вы можете подумать, что нейроинтерфейс станет следующим потребительским гаджетом.

Всё ещё в начале

Но внимательный взгляд на BCI показывает, что мы всё ещё недалеко ушли: когда BCI управляют движениями, они намного медленнее, менее точны и менее сложны, чем те, которые нормальные люди легко делают со своими конечностями. Бионические глаза обладают очень низким разрешением, слуховые имплантаты могут в электронном виде переносить речевую информацию, но искажают музыку. И чтобы все эти технологии работали, электроды должны быть имплантированы хирургически – перспектива, которую большинство людей ещё не приемлет.

Однако не все BCI являются инвазивными. Неинвазивные BCI, которые не требуют хирургического вмешательства, существуют. Они обычно основаны на электрических (ЭЭГ) записях с кожи головы и используются для демонстрации контроля курсоров, инвалидных колясок, роботизированных рук, беспилотных летательных аппаратов, человекоподобных роботов и даже коммуникации мозга с мозгом.



Электрокортикографическая сетка, используемая для обнаружения электрических изменений на поверхности мозга, тестируется на электрические характеристики. Центр Сенсомоторной Нейронной Инженерии, CC BY-ND


Но все эти успехи были в лаборатории, где комнаты тихие, испытуемые не отвлекаются, подготовительные процессы длинные и методичные, а эксперименты продолжаются достаточно долго, чтобы показать рабочую концепцию. Очень сложно сделать эти системы быстрыми и прочными, чтобы практично использовать их в реальном мире.

Даже с имплантированными электродами возникает проблема при попытке читать мысли – по причине малоизученной структуры нашего мозга. Мы знаем, что каждый нейрон и тысячи его соседей образуют невообразимо большую и постоянно меняющуюся сеть. Что это может означать для нейроинженеров?

Представьте, что вы пытаетесь понять разговор между большой группой друзей на сложную тему, но вам разрешено слушать лишь одного человека. Возможно, вы сможете очень грубо разобраться, о чем идёт речь, но определённо не узнаете все детали и нюансы. И наши лучшие имплантаты лишь позволяют слушать несколько небольших участков мозга за один раз, так что мы можем сделать несколько впечатляющих вещей, но не понимаем всего «разговора».

Существует также то, что мы считаем языковым барьером. Нейроны общаются друг с другом при помощи сложного взаимодействия электрических сигналов и химических реакций. Этот естественный электрохимический язык можно интерпретировать с помощью электрических схем, но это непросто. Точно так же, когда мы передаём сигналы в мозг с помощью электрической стимуляции, они звучат с сильным электрическим «акцентом». Это затрудняет нейронам понимание того, что стимуляция пытается передать в процессе всей текущей нервной деятельности.

Наконец, есть проблема повреждения. Мозговая ткань мягкая и нежная, в то время как большинство наших электропроводящих материалов – проводов, которые соединяются с мозговой тканью – очень жёсткие. Причина, по которой имплантированная электроника часто вызывает образование рубцов и иммунных реакций, а имплантаты теряют эффективность с течением времени. Гибкие биосовместимые волокна и массивы могут в конечном итоге решить проблему.

Коадаптация

Несмотря на все эти проблемы, мы полны оптимизма к нашему бионическому будущему. BCI не должны быть идеальными. Мозг удивительно адаптивен и способен учиться использовать BCI таким же образом, как мы получаем новые навыки, например, управление автомобилем или использование интерфейса сенсорного экрана. Точно так же мозг может научиться интерпретировать новые типы сенсорной информации, даже если они используются неинвазивно, например, с помощью электромагнитных импульсов.


Мы считаем, что «коадаптивный» двунаправленный BCI, в котором электроника учится с мозгом и сообщает ему информацию в процессе обучения, может оказаться необходимым шагом в создании полноценного нейроинтерфейса. Создание таких коадаптивных двунаправленных BCI является целью нашего центра.

Мы также с восторгом смотрим на недавние успехи в лечении таких заболеваний, как диабет, используя «электролечение» – экспериментальные небольшие имплантаты, лечащие болезнь без лекарств, передавая команды непосредственно внутренним органам.

Исследователи открыли новые пути преодоления электро-биохимического языкового барьера. Например, инъекционное «нейронное кружево» может оказаться хорошим способом увеличения роста нейронов вокруг имплантированных электродов, а не отторжения их. Гибкие нанопроволочные зонды, гибкие нейронные основы и стеклоуглеродные интерфейсы также могут позволить биологическим и технологическим компьютерам успешно сосуществовать в наших телах в будущем.

От помощи к улучшению

Новый стартап Илона Маска – Neuralink объявил конечную цель – улучшить людей с помощью BCI, чтобы дать нашим мозгам фору в продолжающейся гонке между человеческим и искусственным интеллектом. Он надеется, что с возможностью подключения к машинам человеческий мозг улучшит свои собственные возможности – и, возможно, позволить нам избежать будущего, когда ИИ намного превзойдёт человеческие способности. Такое видение, безусловно, может показаться отдаленным или необычным, но мы не должны отклонять его лишь по этой причине. В конце концов, самоуправляемые автомобили были научной фантастикой ещё полтора десятилетия назад – а теперь заполнили наши дороги.



BCI может изучаться в разных измерениях: взаимодействует ли он с периферической нервной системой (нервом) или центральной нервной системой (мозгом), является ли он инвазивным или неинвазивным и помогает ли он восстановить утраченную функцию или улучшает возможности. Джеймс Ву; адаптировано из Sakurambo, CC BY-SA

Поскольку интерфейсы «мозг-компьютер» выходят за рамки восстановления функций людей с ограниченными возможностями и расширяют возможности трудоспособных людей, нам необходимо быть в курсе целого ряда вопросов, связанных с согласием, неприкосновенностью частной жизни, идентичностью и равенством. В нашем центре команда философов, врачей и инженеров активно работает над решением проблем этической, моральной и социальной справедливости и предлагает нейроэтические рекомендации прежде, чем они войдут наши жизни.

Подключение нашего мозга непосредственно к машине может в конечном счёте стать естественным продолжением того, как люди расширяли свои возможности на протяжении веков, от использования колес, чтобы преодолеть наше ограничение по перемещению, до обозначений на глиняных табличках и бумаге, чтобы расширить нашу память. Подобно компьютерам, смартфонам и гарнитурам виртуальной реальности сейчас, BCI, когда они наконец придут на потребительский рынок, будут волнующими, разочаровывающими, рискованными и в то же время многообещающими.

---