1380Компьютер часто сравнивают с мозгом, а с недавнего времени эти системы — биологическую и механическую — можно еще и соединить. Какие же возможности дает эта технология и какие вызовы ставит перед человечеством?
Высокие технологии играют все большую роль в нашей жизни. То, что еще несколько лет назад казалось фантастикой, сегодня — необходимость, без которой невозможно обойтись в быту. Идея о подключении живого человеческого мозга к вычислительной машине звучит пугающе и может оказаться непонятой частью общества. Но пока есть по-настоящему нуждающиеся в этой технологии люди, принятие новшества остается лишь делом времени.
Что такое нейрокомпьютерный интерфейс?
Нейрокомпьютерный интерфейс — это система прямого обмена информацией между мозгом и электронным прибором. В широком смысле под ней можно понимать искусственные аналоги органов чувств (например бионический глаз) и другие приборы. Эти устройства однонаправленные и давно используются в медицине.
Куда больший интерес представляют двунаправленные интерфейсы, позволяющие и разуму, и внешней технике как принимать сигналы, так и служить их источником. Такими полноценными путями сообщения между «серым веществом» и внешним миром давно грезили фантасты, а с недавних пор и ученые.
Такие интерфейсы работают благодаря регистрации электрической активности мозга. Наши мысли и желания отображаются на электроэнцефалограмме (ЭЭГ), которая расшифровывается компьютером.
Краткая история нейроинтерфейсов
Как мы уже выяснили, нейрокомпьютерные интерфейсы неразрывно связаны с ЭЭГ. Поэтому, чтобы понять, как человечество пришло к идее подключить мозг к машине, нужно проследить историю развития данной технологии.
История электроэнцефалограмм
ЭЭГ уходит корнями в Германию, где проживал ученый-физиолог по имени Эмиль Генрих Дюбуа-Реймон. Именно этому человеку мы обязаны электрофизиологией.
В 1849 году Дюбуа-Реймон установил, что человеческий мозг обладает электрогенными свойствами. Это отправная точка в исследовании электрогенеза — возможности мозга генерировать ток. Также ученый впервые выявил некоторые закономерности, характеризующие электросигналы в человеческих нервах и мышцах.
Подобные вопросы интересовали и английского ученого Ричарда Катона. В 1875 году доктор показал, что мозг кроликов и обезьян генерирует электроэнергию.
Огромную роль в появлении ЭЭГ сыграл русский ученый Владимир Владимирович Правдич-Неминский. Именно этому исследователю удалось получить первую в истории электроэнцефалограмму. Сделано открытие было в 1913 году в Киевском университете. В качестве пациента физиолога выступила собака. Важно, что череп животного не вскрывался — ЭЭГ была сделана с помощью струнного гальванометра.
На этом заслуги профессора не заканчиваются: именно он — автор термина «электроцереброграмма» и первой классификации частот электрической активности мозга. Помимо этого, Правдич-Неминский выявил альфа- и бета-ритмы у животных.
Современных ЭЭГ-технологий не было бы и без немецкого психиатра Ганса Бергера, который в 1924 году смог получить кривую, отражающую электрическую активность человеческого мозга. Помог ему в этом все тот же гальванометр, считывающий сигналы мозга с кожи головы пациента. В честь Ганса Бергера названы «волны Бергера» — альфа-частоты в диапазоне 8–12 Гц.
Эксперимент с быком. Точка невозврата
Идея объединить мозг и компьютер впервые пришла в голову профессору Йельского университета Хосе Мануэлю Родригесу Дельгадо, который придумал стимосивер — вживляемый в мозг прибор, который управляется посредством радиосигналов.
В 1963 году он вживил стимосивер в мозг быку и посредством пульта влиял на поведение животного. Этот эксперимент произвел большое впечатление на общество и стал отправной точкой в развитии нейроинтерфейсов, какими знаем мы их сегодня.
60–70-е годы прошлого столетия стали поворотными. Возможностью соединения мозга и компьютера заинтересовались как военные, так и ученые из гражданских сфер, например медицины. В 1972 году медики научились преобразовывать звук в электронный сигнал, тем самым создав первый в мире слуховой аппарат. В следующем году термин «нейроинтерфейс» стал частью обихода.
Вплоть до конца 90-х ученые ставили эксперименты на животных, подключая их мозг к различным устройствам. В ходе опытов подопытным возвращались утраченные органы чувств или даже двигательные навыки. В конце концов в 1998 году нейроинтерфейс был впервые имплантирован человеку. Носителем устройства стал пациент по имени Джонни Рэй, который пережил инсульт и был лишен возможности двигаться.
С помощью вживленного в мозг чипа Рэй научился управлять движением курсора силой мысли. Так отрезанный от внешнего мира человек вновь получил возможность с ним взаимодействовать.
Последние годы
В 2004 году аналогичная операция была проведена парню по имени Мэттью Нейгл. За 6 лет возможности нейроинтерфейсов выросли, и Мэттью получил доступ к электронной почте, несложным видеоиграм и даже программам для рисования. Также пациент научился переключать каналы, управлять громкостью телевизора и даже использовать механическую руку.
В том же 2004 году в Кливленде был создан искусственный кремниевый чип. Особенность данного материала — способность соединять функционирующие нейроны с неживой материей. Таким образом, между органическими клетками и транзисторами устанавливается надежная двунаправленная связь, и даже малейшее изменение заряда не остается незамеченным.
В 2008 году появился первый коммерческий нейронный интерфейс, и тогда об этой технологии заговорили по-настоящему. Интерес к данной теме высок как никогда, и многие эксперты небезосновательно считают, что нейронные интерфейсы станут главной технологией XXI столетия.
Такого мнения придерживается и миллиардер Илон Маск, в 2017 году зарегистрировавший компанию Neuralink, которая ведет разработки в этой области. В планах известного предпринимателя — вживлять парализованным людям устройства, которые обеспечат им полноценный доступ к интернету. Подобных целей пытаются достичь и другие компании.
Сегодня, когда существует быстрый беспроводной интернет, подобные планы не кажутся такой уж фантастикой. Нейронные интерфейсы могут позволить инвалидам свободно просматривать веб-страницы и общаться с родными, а то и управлять роботизированными устройствами, которые вернут им двигательную активность. К этой цели и стремится миллиардер Маск, а также другие энтузиасты.
Интерфейс «мозг — компьютер»: виды и особенности
Существуют два основных типа классификации нейроинтерфейсов: по способу отдачи команды (активные, реактивные и пассивные) и по способу взаимодействия с системой (инвазивные и неинвазивные).
Хотя следует понимать, что любой способ классификации условен, ведь из-за индивидуальных особенностей нейроинтерфейсов можно насчитать куда больше подвидов. Например, можно сосредоточиться на цели создания прибора и выявить медицинские, военные, развлекательные и прочие интерфейсы, но не будем останавливаться на такого рода подробностях. Целесообразнее будет сделать упор на технических особенностях приборов и классифицировать их в этом ключе.
Активные нейроинтерфейсы
Активными называются нейроинтерфейсы, в которых пользователь самостоятельно инициирует команду. Например, пациент представляет, как совершает то или иное движение, а система считывает сигналы его мозга и интерпретирует их в конкретные действия.
Подобные устройства широко применяются в медицинской практике, например для восстановления поврежденных конечностей или обучения управлению протезом.
Удивительно, что игровой и соревновательный элементы благотворно влияют на реабилитацию. В видео ниже показано, как два пациента пытаются силой мысли склонить сосуд на свою сторону. Так они весело и с пользой проводят время.
Венец творения активных нейроинтерфейсов — детище проекта ExoAtlet, которое уже сегодня возвращает людям с ограниченными возможностями способность передвигаться без посторонней помощи.
Реактивные нейроинтерфейсы
В реактивных интерфейсах пользовательская команда инициируется в ответ на какое-либо действие системы. Классический пример реактивных нейроинтерфейсов — системы общения, созданные на базе «эффекта P300». Их суть — электрическая реакция мозга на появляющиеся на экране символы алфавита. Считая количество вспышек нужного элемента, пользователь может набирать сообщения.
Пассивные нейроинтерфейсы
В пассивных нейрокомпьютерных интерфейсах пользователь не отдает никаких команд, а система действует самостоятельно. Применяться такого рода устройства могут в медицинской практике, например для оценки когнитивной нагрузки. Пациенту предлагается выполнять то или иное действие (например решить задачу), а врачи тем временем следят за его мозговой активностью.
Инвазивные нейроинтерфейсы
Инвазивными называются интерфейсы, предполагающие непосредственное вживление электродов в мозг пациента. На данный момент подобные устройства не очень распространены, а если и тестируются, то в основном на животных. В будущем, с развитием медицины подобные системы будут набирать популярность, ведь они помогают в решении важной задачи: вернуть парализованным людям активность, .
Иногда в отдельную категорию выделяются частично инвазивные нейронные интерфейсы, которые предполагают электрокортикографию — размещение электродов на поверхности мозга. Подобные процедуры сопряжены с высоким риском и проводятся нечасто, сугубо в медицинских целях.
Неинвазивные нейроинтерфейсы
Этот вид нейроинтерфейсов широко распространен сегодня и не утратит своей актуальности в будущем. Причина тому — простота. Неинвазивные устройства предполагают считывание мозговой активности исключительно внешними устройствами. Сюда относится уже упомянутая выше электроэнцефалография, ближняя инфракрасная спектроскопия и другие неопасные методы.
Экзокортекс
Отдельно стоит рассмотреть термин «экзокортекс». Происходит он от двух слов: греческого exo — «вне» и латинского cortex — «кора». Под корой в данном случае понимается кора нашего головного мозга.
Экзокортекс — любая внешняя система для улучшения возможностей нашего природного кортекса, разума. В широком смысле под этим термином можно понимать калькулятор, интернет или даже лист бумаги и ручку. В контексте обсуждения нейроинтерфейсов под экзокортексом следует понимать внешнюю вычислительную машину, подключенную к нашему мозгу и предназначенную для увеличения его способностей.
Впервые возможностью увеличения человеческих способностей с помощью подключенного к мозгу компьютера заинтересовалось агентство DARPA в 60-х годах прошлого века. Связаны такие планы с убеждением, что искусственный интеллект на данном этапе развития не способен достичь высокого уровня.
С развитием интерфейсов «мозг — компьютер» экзокортексы станут реальностью. Интересно, что в качестве внешнего вычислительного устройства может использоваться не только компьютер, но и еще один мозг. Некоторые ученые считают, что однажды эта технология может привести к переносу сознания человека в робота или даже к объединению нескольких людей в один суперорганизм.
Что дальше?
Человеческий мозг — сложная для изучения структура, поэтому развитие нейроинтерфейсов продвигается не так быстро, как бы того хотелось. Тем не менее наука добилась значительного прогресса в этой отрасли, и интерес к ней в последние годы только растет.
Внедрение подобных устройств — долгий и трудоемкий процесс. Но чем больше к нему подключится компаний, тем доступнее станут устройства и больше средств будет выделено на фундаментальные исследования. Они, в свою очередь, внесут еще больший вклад в индустрию.
Как результат, все больше нуждающихся сможет получить долгожданную помощь, а наша цивилизация сделает еще один шаг вперед.
Поделитесь этим с друзьями!
Будьте первым, кто оставит комментарий
Пожалуйста, авторизируйтесь для возможности комментировать