Силой мысли
Что общего между телекинезом и нейроинтерфейсами? Каковы возможные последствия внедрения нейрочипов у людей? Эти вопросы становятся все более актуальными в контексте развития технологий, таких как микрочипы, преобразящие людей в киборгов, и перспективы будущего нейроинтерфейсов.
Сила — это не твои способности, дело не в умении поднимать камни. Это энергия всего сущего, напряжение, баланс — всё это связывает Вселенную воедино. «Звездные войны»
О чём эта цитата?
Телекинез, или психокинез, представляет собой способность воздействовать на физические объекты при помощи мыслей. Примерами таких способностей могут быть перемещение стакана на столе, искривление металлической ложки или поднятие тяжелой машины в воздухе.
Эта тема часто воплощается в фантастических произведениях, где герои получают свои способности из различных источников, будь то магия, как в случае колдуна Проперо в «Буре» Шекспира, или «научные» источники, как у джедаев в «Звездных войнах», которые обладают большим количеством мидихлориан — микроорганизмов в клетках, чувствительных к Силе.
В контексте современных технологий мы можем рассматривать возможные аналогии с этими фантастическими концепциями. Внедрение нейрочипов может предоставить людям уникальные способности, подобные тем, что мы видим в кинематографе. Однако, как и в случае персонажей из «Матрицы» или «Люси», подобные технологии могут нести определенные риски и вызывать вопросы о безопасности и этичности.
Таким образом, сопоставление телекинеза и нейроинтерфейсов позволяет задуматься над тем, как современные технологии могут изменить наше понимание человеческих возможностей и какие вызовы они могут представить для общества.
Возможен ли телекинез?
Удивительно, но создатели фантастических произведений, описывая телекинетические способности, вдохновлялись реальными историями. Магические обряды и сеансы, применяемые в древности и сохраняющие свою актуальность до наших дней, являются своего рода аналогами телекинеза. Это понятие настолько прочно вписалось в нашу культуру, что даже породило псевдонаучную дисциплину, известную как психокинетика.
В XX веке возможность манипулировать объектами силой мысли решили подвергнуть экспериментальной проверке. Для этого обычно применялись исследования с обширным числом повторений, такие как многократные броски игральных костей или использование генераторов случайных чисел. Все эти попытки заканчивались неудачей: даже в случаях, когда участникам удалось воздействовать на результат опыта после многотысячных или даже миллионных повторений, полученные изменения приближались к статистически допустимым отклонениям.
Тем не менее, познания в области телекинеза стали возможными. Однако реальность оказалась отличной от представлений классиков фантастического жанра.
Что известно науке
К сожалению, не представляется возможным манипулировать любым объектом. Тем не менее, с тщательным предварительным планированием можно достичь значительных успехов.
Для достижения таких целей необходимы технологии, способные соединять мозг с компьютером, а затем компьютер с целевым объектом. Каждый нейроинтерфейс включает в себя три ключевых компонента: устройство для регистрации мозговой активности, программа для декодирования полученной информации и устройство обратной связи с человеком. Регистратор захватывает команду, декодер преобразует ее в понятный для компьютера набор инструкций, которые затем выполняются на конкретном устройстве, таком как роботизированная рука, текстовый редактор или автомобиль.
Более передовой нейроинтерфейс может включать еще один элемент — прямую обратную связь с мозгом. Такой интерфейс может, например, стимулировать нейроны соматосенсорной коры в ответ на определенную нейрональную активность, вызывая тактильные ощущения у человека.
Эксперименты
В феврале 2021 года Илон Маск объявил об удачной имплантации беспроводного нейроинтерфейса у обезьяны, а в апреле представил видео, демонстрирующее ее участие в виртуальной игре в тетрис с использованием этого интерфейса исключительно с помощью взгляда. Однако следует отметить, что Маск не был первым, кто внедрил электроды в мозг.
1950
Один из первых таких экспериментов провел нейрохирург Уолтер Пенфилд в 1950-х годах. Он осуществлял имплантацию электродов в головной мозг человека, стимулируя нейроны моторной и соматосенсорной коры. Таким образом, он создал карту этих областей и изобразил известный гомункулус, где он соотнес участки коры мозга с движениями различных мышц тела. Но из-за этических соображений использование инвазивных методов исследования человеческого мозга развивалось медленно.
1960
Параллельно с этим развивалась другая линия исследований в виде неинвазивных нейроинтерфейсов на основе электроэнцефалографии (ЭЭГ). Впервые термин «интерфейс «мозг — компьютер»» использовал Жак Видаль лишь спустя 10 лет после появления первых неинвазивных интерфейсов в 1960-х годах. В отличие от имплантов, неинвазивные интерфейсы безопасны при записи активности мозга, но они ограничены отсутствием прямого контакта с мозгом.
Неинвазивные интерфейсы «мозг — компьютер» демонстрировали большой потенциал в клиническом применении. С их помощью и использованием экзоскелетов можно восстанавливать подвижность у людей, потерявших управление конечностями после инсульта. Сначала с использованием ЭЭГ регистрируется активность мозга, связанная с желанием двигаться, декодируется и ассоциируется с конкретной командой, затем этот паттерн используется для управления экзоскелетом.
Магнитные импульсы
Другой успешный пример в этой области — неинвазивная стимуляция мозга с использованием магнитных и электрических импульсов. Электромагнитные волны специфической интенсивности легко проникают череп, достигают нейронов на глубине до 5 см и могут на короткое время активировать или тормозить их активность. Эффективность этих методов подтверждается в множестве исследований — от лечения депрессии и зависимостей до уменьшения болевого синдрома. В будущем такие терапии могут стать безопасной альтернативой медикаментозному лечению и внедриться в широкую клиническую практику.
Тем не менее неинвазивные методы записи и стимуляции являются относительно грубыми, похожими на удар молотком по суперкомпьютеру. Эти интерфейсы предоставляют возможность записывать только опосредованную активность мозга, а мозговые ритмы, считываемые таким образом, затруднительны для декодирования и понимания. Некоторый прогресс в этом направлении достигнут с развитием методов машинного обучения, но при наличии исходно шумной информации результаты остаются ограниченными.
В отличие от неинвазивных технологий, потенциал инвазивных методов ограниченных не имеет. В то время как неинвазивные интерфейсы могут предоставить лишь обрывочные данные, инвазивные могут буквально «читать» то, что находится под поверхностью мозга.
Михаил Лебедев, пионер разработки систем двунаправленной коммуникации «мозг — компьютер»: "В случае с инвазивными интерфейсами уже нет никакого теоретического предела у прогресса. Электроды будут становиться тоньше, увеличится число каналов регистрации, и в результате мы будем считывать все больше и больше информации из мозга, стимулировать структуры на уровне отдельных нейронов, причем не только электрически, но и оптически, сможем впрыскивать различные вещества — здесь дело только в развитии технологий."
1998
За последние три десятилетия наблюдается значительный прогресс в области клинического применения нейроимплантов. В 1998 году нейробиолог Филипп Кеннеди провел успешную имплантацию инвазивного нейроинтерфейса с фактором роста нервов художнику и музыканту Джонни Рэю, лишившемуся движений после инсульта, позволяя ему управлять курсором на экране и взаимодействовать с окружающим миром.
2004
В 2004 году Мэтью Нейгл, ставший парализованным несколько лет назад, стал первым человеком, у которого в мозг вживили имплант BrainGate [4]. Используя свои мысленные представления о движениях рук, Нейгл научился управлять компьютерным курсором, включать телевизор, переключать каналы и даже манипулировать роботизированной рукой для поднятия и удерживания предметов.
2016
С течением времени технологии стали более точными. К 2016 году ученые из Университета Джонса Хопкинса представили интерфейс, который позволяет контролировать отдельные пальцы руки на протезе. С использованием пластины из 128 электродов, внедренной в область мозга, ответственную за движение рук, этот метод продемонстрировал высокую точность управления пальцами, достигая 96,5%.
Сегодня
На данный момент эксперименты по вживлению электродов проводятся на обезьянах, что открывает возможность для разнообразных исследований. Питер Иффт, Михаил Лебедев и их коллеги провели эксперимент по созданию обезьяньего «суперразума», объединив трех обезьян с использованием нейроинтерфейсов. Эти обезьяны должны были совместно управлять движениями одной руки в трехмерном пространстве. Каждая из обезьян контролировала две из трех осей — Х и Y, X и Z, или Y и Z. При этом каждая обезьяна, вероятно, думала о своем собственном, неосведомленная о том, как их общий «супермозг» выполняет общую задачу в данный момент.
На сегодняшний день развитие интерфейсов напрямую зависит от появления новых инженерных решений. В этом контексте можно использовать аналогию с законом Мура, изначально сформулированным для электроники, который утверждает, что количество транзисторов на микросхеме удваивается примерно каждые 2 года. Согласно оценкам известного немецкого нейробиолога Конрада Кординга, в случае нейроинтерфейсов закон Мура звучит иначе: количество регистрируемых нейронов удваивается каждые 7,4 года.
На практике возможно более быстрое увеличение количества регистрируемых нейронов. Тем не менее, пока что идея о том, что в течение полувека, согласно видоизмененному закону Мура, мы сможем одновременно фиксировать активность миллиона нейронов, сталкивается с техническими трудностями. Из-за мельчайших размеров тел нейронов по сравнению с их отростками, считывание электрических импульсов, соответствующих активности нейрона, представляет собой сложную задачу. Такие измерения становятся возможными лишь в счастливых случаях, а в большинстве ситуаций регистрируются локальные электрические потенциалы, переходящие по многочисленным отросткам и несущие лишь косвенную информацию о деятельности конкретных клеток.
Будущее
Для развития области нейроимплантов ключевую роль сыграет сближение нейрофизиологов и нейрохирургов с инженерами и физиками. В команде Илона Маска находятся компетентные инженеры, чьи усилия привели к созданию компактного и беспроводного интерфейса. Одним из их значимых достижений является использование гибких тонких полимерных нитей в качестве электродов, внедряемых нейрохирургическим роботом, а также мощных маленьких усилителей для передачи сигналов. В результате технологического прогресса команда Маска в ближайшей перспективе сможет записывать сигналы от 10 тысяч электродов с использованием компактных устройств.
Другие научные группы также предлагают инновационные решения. Ученые из Массачусетского технологического университета разработали проводящие полимеры в виде чернил для создания гибких имплантов любой формы с использованием 3D-принтера. Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли работают над «нейропылью» и успешно провели тестирование на мышах. Эти микроскопические беспроводные датчики, взаимодействующие с ультразвуком, предоставляют возможность проводить исследования всего организма, включая регистрацию активности нейронов. Таким образом, уже существующие микрочипы могут отслеживать активность мозга.
С приобретением новых технологий и расширением наших пониманий о функционировании мозга активно развивается использование нейроимплантов у человека. Одним из перспективных направлений в этой области является разработка интерфейсов, способных не только считывать сигналы, но и стимулировать отдельные клетки в различных участках мозга. Примером успешного применения таких технологий уже служит слуховой кохлеарный имплант, который позволяет сотням тысяч людей восстановить слух. В ближайшем будущем интерфейсы могут вернуть людям способность видеть: уже существуют разработки, активирующие различные части сетчатки глаза, зрительного нерва и даже зрительной коры.
Чего можно ожидать в ближайшее время
Все эти достижения открывают перспективы для создания искусственных ощущений. В эксперименте Лебедева по двусторонней коммуникации «мозг — машина — мозг» макаки-резусы с использованием сигналов мозга управляли виртуальной рукой, способной «ощупывать» виртуальные объекты. Некоторые из этих объектов имели виртуальную решетку, которую обезьяна могла оценить, получая стимуляцию коры от виртуального пальца. На основе этих искусственных тактильных ощущений обезьяна различала один прямоугольник от другого.
Используя инвазивные нейроинтерфейсы, можно напрямую доставлять различные абстрактные информации в различные части мозга. Недавно ученые из Университета Рочестера стимулировали премоторную кору обезьян, ответственную за планирование движений. Животные быстро освоили инструкции для выполнения конкретных движений, связанных с захватом, передвижением и манипуляциями предметами. По сути, у обезьян формировалось новое ощущение, связанное со стимуляцией данной области. Так, они научились интерпретировать это чувство для достижения поставленных целей. Возможно, в будущем подобное «шестое чувство» сможет быть развито и у человека.
Какие научные открытия нужны, чтобы сделать это реальностью?
Биосовместимость
Одной из главных нерешенных проблем является биосовместимость. Эта проблема на сегодняшний день остается актуальной, и неизвестно, сколько времени потребуется для ее решения. Запись сигналов от нейронов эффективна лишь в течение первых двух недель. После этого организм начинает реагировать защитными механизмами, возникает иммунный ответ, и происходит инкапсуляция электродов, что приводит к ухудшению качества записываемых сигналов. На данный момент методы решения этой проблемы остаются схожими с теми, которые использовались десяти лет назад — покрытие электродов веществами, привлекательными для нейронов, а также поиск новых биосовместимых материалов.
Безопасность
Еще одним аспектом является безопасность. В настоящее время мы можем утверждать, что люди-киборги уже существуют среди нас, и многие обладают интерфейсами «мозг — компьютер». Тем не менее эксперименты на людях в этой области остаются редкостью. Проникновение в мозг человека в научных целях не только считается неэтичным, но и представляет собой значительный риск для здоровья испытуемых, исключение составляет, в основном, медицинская практика.
Стоит задуматься
Интерфейсы, способные прямо воздействовать на различные области мозга, включая те, которые отвечают за мотивацию и удовольствие, предоставляют новые возможности, но стоит ли задуматься о потенциальных рисках? Вспоминается знаменитый эксперимент Олдса и Милнера, где крысы без остановки активировали рычаг удовольствия. С появлением способности самостоятельно стимулировать радость в мозге возникает вопрос: не приведет ли это к зависимости и утрате мотивации к поиску удовольствия более разнообразными способами?
Потенциальная манипуляция тоже вызывает беспокойство. Если каждый человек подключен к компьютеру, сможут ли злоумышленники манипулировать сознанием? Или возможно, что наш мозг, помимо нашей воли, станет частью коллективной когнитивной задачи, предложенной сверхразумным искусственным интеллектом?
Нарушение неприкосновенности частной жизни, вплоть до нежелательного чтения мыслей, представляет еще одну серьезную проблему. От бытового шантажа до угроз государственной идеологии — здесь раскрываются темные сценарии в стиле «1984» Джорджа Оруэлла.