Настоящее и будущее нашего мозга

Что нейронаука умеет уже сегодня и что сможет сделать для нас завтра? Читать мысли с помощью нейрокомпьютерных интерфейсов не удастся, зато можно будет общаться с парализованными и двигать предметы силой намерения, уверяет нейрофизиолог Александр Каплан. Пять тезисов из большого интервью*.

1.О том, как напрямую подключить мозг к миру

Мозг – гигантская сеть нервных клеток, постоянно обменивающихся между собой сигналами в виде электрических импульсов, и отголоски электрических полей этих импульсов можно зарегистрировать прямо на коже головы. Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) – это как раз запись этих «отголосков». Если их усилить в миллион раз, превратить в цифры и ввести в компьютер, то там начинается главное таинство нейроинтерфейса – расшифровка намерений человека по ЭЭГ.

Нейроинтерфейс – технология, позволяющая научиться взаимодействовать с внешним миром напрямую от мозга

Нейрокомпьютерный интерфейс, или нейроинтерфейс – технология, которая позволяет нам научиться взаимодействовать с внешним миром без помощи мышечных действий, без голоса, напрямую от мозга, на основе регистрации его электрической активности.

Логика проста: наше намерение совершить какое-либо действие должно проявляться в изменении ЭЭГ. Эти изменения расшифровываются с помощью компьютерных программ. По результатам расшифровки формируются команды для соответствующих устройств. Например, я хочу включить телевизор – это мое намерение проявляется в изменении показателей ЭЭГ.

Если эти изменения выявить сразу, в тот момент, как они произошли, то дальше остается электронными средствами сформировать команду, которую понимает телевизор, точнее, его сенсорный модуль.

2.О чтении мыслей

Читаем ли мы таким образом мысли человека? Нет, мысли мы в принципе не можем прочитать, потому что для этого нам пришлось бы составить таблицу соответствия между невообразимым количеством мысленных комбинаций и соответствующими им изменениями в ЭЭГ. Более того, каждая мысль многогранна, ее трактовка зависит от контекста.

Технология «мозг–компьютер» основана не на расшифровке мыслей, а на обнаружении в ЭЭГ маркеров небольшого числа заранее тестированных намерений. Разнообразие мыслей несоизмеримо с разнообразием навыков. Сколько повторных записей ЭЭГ ни сделать, например, при воображении красной розы, каждая новая запись будет отличаться от предыдущей настолько, что легко перемешается с записью при мысленном представлении двугорбого верблюда. А если говорить о внутримозговых электродах, то даже 100 тысяч контактов несоизмеримо мало по сравнению с миллионом миллиардов контактов между нервными клетками.

И самая главная проблема: мы не знаем коды, на которых общаются между собой нервные клетки. Но даже если бы мы их узнали, это ничего бы не дало, так как коды постоянно модифицируются в соответствии с постоянно обновляющимся контекстом.

3.О пользе науки: коммуникаторы и манипуляторы

Практическая польза от нейрокомпьютерных интерфейсов лежит не в области чтения мыслей, а прежде всего в медицине. В частности, в нашей лаборатории готовится первый в стране нейрокоммуникатор для пациентов с тяжелыми нарушениями речи и двигательной функции после инсультов, черепно-мозговых травм.

Уже сейчас у нас любой человек может сесть за экран компьютера и набирать текст, не трогая клавиатуру, просто фокусируя внимание последовательно на той или иной букве. Скорость – всего лишь 12–15 символов в минуту. Но мы же говорим о медицинском проекте, когда у пациента нет никакой возможности набрать текст, кроме как использовать для этого волевые усилия.

Только в США более 300 тысяч человек, страдающих тотальным параличом, которые никаким движением не могут дать знать о своих желаниях, намерениях. Если им предоставить такой интерфейс, то фактически это будет для них новая жизнь. Более того, таким пациентам можно вместо букв предоставить возможность нажимать волевым усилием кнопки пульта управления: принести воды, позвать врача, включить кондиционер, войти в интернет и так далее.

На очереди – нейроманипуляторы: устройства, позволяющие силой намерения производить физические действия

На очереди – нейроманипуляторы, то есть устройства, которые позволяют силой нашего намерения производить физические действия: что-то себе подать, что-то передвинуть.

Они управляются по-другому: в энцефалограмме мы находим изменения, характерные для моментов, когда человек думает, например, о движении собственной руки. На основе нейроманипуляторов мы сейчас создаем нейротренажер, который позволит передать намерение человека сделать движение парализованной рукой к экзопротезной конструкции, прикрепленной к этой руке.

Тренировка состоит в том, чтобы реализовать намерение в движении руки. В результате мозг постепенно реорганизует свои ресурсы таким образом, чтобы установить связь с мышцами руки, и тогда экзоскелет можно будет убрать, по аналогии с костылями, от которых мы отказываемся, когда срастается кость.

4.О протезах, продлевающих жизнь

В подавляющем большинстве случаев в тот момент, когда человек умирает, мозг его еще полон жизни. Поэтому скоро возникнет задача поглощения тела человека протезами, которыми необходимо будет напрямую управлять с помощью мозга.

Речь идет не о создании фантастических электронных монстров или киборгов, а о продлении жизни каждого из нас

Нейроинтерфейсы обратятся внутрь человека, чтобы обеспечить не только управление искусственными конечностями, но и системами регуляции жизнедеятельности. Я не знаю, как далеко может зайти построение симбиоза между искусственным телом и естественным мозгом, но речь идет не о создании фантастических электронных монстров или киборгов, а о продлении жизни каждого из нас.

Мы уже привыкли к мысли, что жизнь человека может продолжаться не только благодаря чужим органам, но и с помощью искусственных включений в тело: клапанов сердца, каркасов сосудов, металлических бедренных и коленных суставов, пластиковых хрусталиков глаза и так далее. Возможно, именно нейроинтерфейсные технологии станут решающими для полной реализации ресурсов мозга человека.

5.О пределах развития мозга

Вместе с применением терапии против биологического старения мозга человек получит максимально возможные временные пределы для своего развития и совершенствования. Мозг, пожалуй, единственный орган тела, для полного протезирования которого нет ни теоретических, ни экспериментальных оснований. Однако это не закрывает перспективу создания протезов, хоть как-то имитирующих исходную функцию.

Ведь мозг – это хотя и сверхсложное, но достаточно структурированное информационно-аналитическое устройство. Как и в компьютере, мы не можем заменить центральный процессор, но в состоянии так или иначе починить сгоревший USB-порт из «подручных» материалов. Для мозга, по-видимому, такие локальные решения тоже возможны.

Об эксперте

Александр Каплан – доктор биологических наук, руководитель лаборатории нейрофизиологии и нейрокомпьютерных интерфейсов биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова.

* Полный текст интервью Александра Каплана доступен на сайте интернет-проекта «ПостНаука»: postnauka.ru/talks/27773