Мысленно с вами. Как работают нейроинтерфейсы — те, что уже испытаны на животных и людях
Первая обезьяна управляла роботом «силой мысли», просто думая о нужном движении. Вторая могла ощупывать предметы, существующие лишь в виртуальной реальности. Мозги еще трех обезьян объединились для совместного решения сложной задачи. Все они были подопечными разработчика нейроинтерфейсов Михаила Лебедева. Мы поговорили с ним о том, каково это — оперировать на живом мозге — и что будет, когда мы окончательно станем киборгами
Со своими компьютерами и смартфонами мы общаемся даже чаще, чем с близкими. Но все такие взаимодействия проходят сквозь узкое «бутылочное горлышко» интерфейсов: медленный ввод текста пальцами, крошечные буквы, бликующий на солнце экран… Неудивительно, что чем дальше, тем активнее идут работы над технологиями прямого взаимодействия с электроникой — нейроинтерфейсами.
Чтобы компьютер мог правильно ответить на сигнал мозга, требуется зарегистрировать электрическую активность нервных клеток и выделить из них команду, которую тот собирался отдать телу: рукам, пальцам, голосовым связкам. И наоборот, стимулируя нейроны, можно напрямую имитировать поступающие в мозг сенсорные сигналы. Тут все зависит от места расположения электродов. В теменной коре удается отслеживать и контролировать фокус внимания, в зрительной — визуальные образы. Моторные и соматосенсорные области позволяют работать с тактильными и двигательными сигналами.
Михаил Лебедев, Научный руководитель Центра биоэлектрических интерфейсов Высшей школы экономики (ВШЭ), профессор Сколковского института науки и технологий (Сколтех): "Пока что стимуляция мозга происходит довольно грубо — все равно что паяльником тыкать в компьютер. Но если повторить такую процедуру много раз, то он „натренируется“. Структура мозга пластична, он гибко адаптируется, обучается обрабатывать незнакомые и даже „неправильные“ сигналы. Поэтому не так уж и важно идеально попасть в тот или иной конкретный нейрон. Мозг сам заметит возбуждение — ему не так уж и важно, какое именно, — и перестроится. Даже совершенно новые ощущения будут включены в уже имеющиеся сети."
Подведенные к мозгу электроды можно сравнить с программируемыми клавишами. В принципе, к ним можно «привязать» почти любую команду, лишь бы она примерно совпадала с функциональностью соответствующей области. Удается даже «проапгрейдить» животное, например ночным зрением. Можно заменить конечность роботизированным протезом, теоретически даже добавить дополнительную руку. Мозг такой, он привыкнет.
В 2016 году по совету Михаила Лебедева нейробиолог Эрик Томсон наделил крыс «инфракрасным осязанием». Массив электродов был внедрен в сенсорную кору и связан с ИК-датчиком, закрепленным на голове животного. Мозг гибко адаптировался к восприятию новых данных: уже через пару минут крыса реагировала на тепловое излучение и в полной темноте ориентировалась по нему при поиске лакомства.
Никуда без хирургии
Главное направление таких работ было определено еще в 1870 году. Немецкий физиолог Эдуард Гитциг воздействовал электричеством на кору открытого мозга собаки и заметил, что при стимуляции определенных участков животное непроизвольно двигается. Так была открыта моторная кора, и до сих пор ученые стимулируют мозг и считывают его сигналы примерно так же, как это делал Гитциг, — подводя контакты непосредственно к мозгу. Хотя существуют и более мягкие, неинвазивные подходы.