Наука и технологии
21 октября, 13:42

Когда-нибудь вас попросят установить мозговой имплант для управления электроникой и транспортом силой мысли

Как сегодня везде и всюду требуют «поставить наше приложение» на смартфон
Сможем ли мы управлять автомобилями и цифровой техникой не жестами, не взглядами, а мысленными командами? Такие идеи простому обывателю еще недавно казались невозможными, а увидеть их реализацию можно было только в фантастических боевиках или голливудских приключениях. Да и вообще, ещё десять лет назад мы активно пользовались флешками, носили плееры, пытались привыкнуть к GPS-навигации и быстрому беспроводному интернету. Но времена меняются, теперь в новостях про технологии ближайшего будущего постоянно обсуждают какие-то непонятные нейроинтерфейсы, «посредники-переводчики» между языком человеческого мозга и компьютерными командами. Сегодня мы расскажем, с чего начались эти эксперименты, на каком этапе находятся сейчас, и чего ожидать от компьютерно-мозговых соединений в ближайшем будущем.

От опытов над кроликами до первых мозговых интерфейсов

Еще во второй половине XIX века английский врач и физиолог Ричард Кейтон сыграл решающую роль в открытии электрической природы мозга у людей и животных. В августе 1875 года он сообщил Британской медицинской ассоциации о том, что ему удалось выявить электрические импульсы на поверхности живого мозга подопытных кроликов, собак и обезьяны. Эксперимент был описан следующим образом:

Голые однополюсные электроды помещались на кору головного мозга и на поверхность черепа, а после, при помощи чувствительного гальванометра, происходило измерение токов. Были обнаружены отчетливые колебания, которые усиливались во время сна и с наступлением смерти, после чего становились слабее и затем полностью исчезали.

Это событие стало источником вдохновения для немецкого физиолога и психиатра Ганса Бергера. В 20-е годы прошлого века он открыл альфа-ритм человека и стал основоположником развития электроэнцефалографии, которая сделала прорыв в научном сообществе и позволила регистрировать активность человеческого мозга. Без этих открытий дальнейшие исследования в области компьютерных интерфейсов были бы попросту невозможны.

Уже в шестидесятые годы прошлого столетия за разработку мозговых интерфейсов берется американское военное ведомство DARPA (Управление перспективных исследовательских проектов Минобороны США), а спустя еще десять лет, Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе организует собственную исследовательскую группу. Ученые надеялись, что расширенный интеллект, в перспективе, сможет превзойти искусственный, но работающие прототипы начали вживлять в организм человека только в 90-е годы, и то после продолжительных экспериментов над животными. Первые разработанные для человека устройства позволяли восстанавливать двигательные навыки, а также возвращать потерянные зрение и слух.

Штаб-квартира DARPA в пригороде Арлингтона

Дальнейшее развитие

Девяностые годы ознаменовались значительным развитием в области картирования мозга. Первым крупным и известным событием стала имплантация первого мозгового интерфейса, осуществленная исследователем Филиппом Кеннеди. Несмотря на ограниченность функционала, главным и единственным преимуществом этой разработки было использование беспроводного диэлектрода. Но чем дальше, тем интереснее.

В 2001 году Джон Донохью и его группа исследователей из Университета Брауна сформировали публичную компанию Cyberkinetics. Её целью стало коммерческое проектирование mind-machine интерфейса, получившего название BrainGate (уже в июне 2004 года появился первый пациент, которому успешно имплантировали этот нейроинтерфейс).

Логическим продолжением этого проекта стал NeuroPort — первый коммерческий продукт компании. Исследователи Медицинского центра Колумбийского университета успешно наблюдали и регистрировали электрическую активность мозга с повышенной точностью. По их словам, система нейронного мониторинга NeuroPort позволила идентифицировать активность микрососудов у пациентов до возникновения эпилептических припадков.

Собственно, сам NeuroPort. Довольно большой и неуклюжий, но дело свое делает

Чуть позже исследователи из Центра Уодсворта Департамента здравоохранения штата Нью-Йорк представили отчет об исследовании, которое продемонстрировало возможность управления компьютером с помощью мозгового интерфейса. В ходе исследования пациентов просили носить колпачок с электродами для захвата сигналов электроэнцефалографии от моторной коры — части головного мозга, которая управляет движением.

А поиграть можно?

Что касается развлечений, то еще в 2003 году в свет вышла Mindball Game. Игровой процесс в игре идет вразрез с общепринятой концепцией соревнования: вместо активности и адреналина, по-настоящему успешного игрока тут характеризует максимальное спокойствие. Цель игры заключается в том, чтобы быть менее напряжённым, чем противник, и, таким образом, переместить физический мяч в его ворота. Нужно всего лишь расслабиться и победа в кармане!

На игровом поле во время игры движется мяч. Игроки надевают повязки с электродами прикрепленными к столу. Электроды же дополнительно подключены к биосенсорной системе. Система, которая используется для измерения биологических сигналов организма, регистрирует электрическую активность в головном мозге, преобразуя ее в более привычный вид — электроэнцефалограмму. Игроки и зрители могут следить за мыслительным процессом игроков во время игры, поскольку активность мозга игроков отображается графически, если к ним подключен монитор.

В России же, с 2004 года, группой компаний Нейроботикс при сотрудничестве с МФТИ, Инновационным центром Сколково, Научным центром неврологии и другими профильными институтами активно разрабатывается портал с когнитивными тестами и нейроиграми braincomputer.io. Используя беспроводные системы регистрации электроэнцефалограммы, можно попытаться распустить цветок силой мысли или защитить планету от астероидов с помощью своих альфа-ритмов.

В 2016 году Илоном Маском была основана отдельная нейротехнологическая компания, которая планировала разрабатывать и производить имплантируемые нейроинтерфейсы. Спустя три года, в 2019 году, мир впервые увидел результаты трехлетней работы команды Neuralink - заушный имплант, который благодаря гибким полимерным “нитям” с электродами, вживлялся в кору головного мозга человека, считывал активность нейронов и мог стимулировать их. Для успешной имплантации был разработан специальный робот, который больше похож на необычную швейную машинку с микроскопом и умеет вставлять по шесть “нитей” в минуту.

Так выглядело первое поколение Neuralink

Эта разработка стала одним из первых шагов в поисках массового лечения болезней Альцгеймера и Паркинсона, восстановлении моторных функций, депрессии, паралича, эпилепсии. Она поможет в изучении и лечении неврологических болезней и нарушений работы мозга.

Помимо медицинских функций, Neuralink поможет рядовому пользователю управлять своим телефоном или ноутбуком без физического контакта с устройством. Силой мысли можно будет листать страницы в интернете, общаться в мессенджерах или просто выбирать нужный контент в социальных сетях.

Вариант крепления интерфейса за ухом, реализованный в первом поколении

Основное отличие и, в то же время преимущество системы Илона Маска — объём собираемых данных. На первом экземпляре информация считывалась с 1500 электродов, что в 15 раз лучше существующих в настоящий момент аналогов у других производителей. New York Times пишет, что такого объёма информации уже достаточно для проведения точных исследований в науке и медицине.

Сегодня у Neuralink уже есть множество конкурентов, но часть из них получали финансирование непосредственно из Министерства обороны США и в первую очередь были нацелены на военные эксперименты, а не на массового потребителя. За последнее десятилетие Пентагон спонсировал как исследования в области фундаментальных наук о мозге, так и разработку систем управления, которые позволили бы управлять “мозгом” протезных устройств. Все это помогло создать интерфейсы, позволяющие парализованным людям самостоятельно управлять протезами и выполнять простые движения.

В конце августа этого года, Илон Маск презентовал новое поколение своих чипов на мероприятии, которое, по его словам, было нацелено “на поиск талантливых специалистов для работы над проектом, а не сбор инвестиций”. Если прошлая версия устройства была слишком громоздкой, располагалась за ухом и требовала вшивания “нитей”, то переработанный вариант нейроинтерфейса уместился в один небольшой чип размером всего лишь 23х8 миллиметров.

Arrows-left
Arrows-right
Reload
1 / 3

Ожидаемо расширился список возможностей: теперь мозговой интерфейс может измерить давление и температуру, и отследить движения человека. В отличие от носимых гаджетов, например, фитнес браслетов, она может с большей точностью распознать раннюю стадию инсульта или инфаркта. Запаса аккумулятора будет хватать на день, а заряжаться придется ночью через кабель с магнитным креплением. Да, почти как у смарт-часов.

Arrows-left
Arrows-right
Reload
1 / 2

Кроме запланированного обновления устройства, Маск продемонстрировал еще и трех участников эксперимента — свиней Джойс, Дороти и Гертруду. Если Джойс так и не вставили имплант, то двум другим свиньям повезло (или не повезло, кто знает) больше: у Гертруды он остался, а у Дороти был извлечен спустя некоторое время. Животные перенесли все операции успешно и никаких проблем или осложнений в организме выявлено так и не было, а следовательно новые впереди испытания на людях и начало более массового производство чипов. Более того, неоднократно обновляться на новую версию “девайса” можно будет без вреда для здоровья.

  • Предполагается, что в будущем при помощи чипа станет возможно управлять электрокарами Tesla, “вызывая” автомобиль к себе с парковки силой мысли или управлять мультимедиа системами в поездке;
  • У чипа имеется поддержка API для разработчиков приложений;
  • Neuralink можно будет использовать для управления в играх. Маск пообещал, что чип можно будет использовать в серии игр StarCraft;
  • Скорость работы нейроинтерфейса несопоставима с существующими компьютерами. Задержка при записи и чтении информации на прототипе — менее наносекунды;
  • По словам Маска, свиньи были выбраны по двум причинам: они очень похожи на людей и не меньше нас любят еду;
  • Изначально цена чипа будет высокой, но очень быстро сможет снизиться до нескольких тысяч долларов, и в эту стоимость будет включена операция.

Можно смело предположить, что в ближайшие два десятилетия мозговой интерфейс станет своеобразной “волшебной палочкой”, помогающей миллионам людей управлять объектами с помощью своего разума. Я думаю, что мы с вами еще успеем застать тот день, когда человек сможет использовать “силу мысли” для выполнения различных задач в нашей повседневной жизни. Да пребудет с вами Сила.