Да четеш мисли е фантастична идея, но осъществима. Колко дълбоко са успели учените да проникнат в човешкия мозък?
Разказва гостът на програмата "Въпрос на науката", професорът в Skoltech и професорът в университета "Сеченов", научен директор на Центъра за биоелектрически интерфейси HSE Михаил Албертович Лебедев.
Какво е мисъл и как да я разчетем?
В експерименталните условия, в които работим, може да се разграничи такава единица като "една мисъл". Например, можете да зададете задача на обекта - да изберете дясната или лявата снимка според някакъв признак. Човек мисли известно време, колебае се и накрая взема решение - в този момент мисълта му е изразена и можем да видим какво се случва в този момент в мозъка.
Експерименталните условия, като правило, изглеждат така: има стимул и има реакция. И между тях има определено правило, което мозъкът използва, за да преведе стимула в отговор. Това е дейността на мозъка, която превръща този стимул в отговор, който се мисли. Развива се, разбира се: първо трябва да разберете какво ви е показано, какъв стимул, след това да запомните правилото, което трябва да приложите, и накрая да разберете отговора. Стимулът, решението и отговорът са до известна степен изречение, защото стимулът е по някакъв начин субектът, правилата са някакъв вид прилагателни, а вече глаголът е самото решение (например, отвори прозореца).
Невронният интерфейс е устройство, което чете мисли от мозъчната дейност. За да работи, е необходимо да можем да записваме мозъчната активност и да няма много мисли, в противен случай няма да можем да определим кои мисли да четем.
Възможно е в бъдеще да можем да четем произволни мисли. Сега ни е трудно, но ако разберем по-нататък анализа на мозъчните механизми, тогава по принцип ще можем да четем и произволни мисли, тъй като има надежда, че ще можем да изолираме отделни компоненти, след което да ги класифицираме като принадлежащи към определена категория мисли и след това възстановяват цялата верига от умствена дейност.
Сега програмите, които разпознават речта, работят перфектно. Така че защо не разпознаем мозъчната дейност по същия начин, по който разпознаваме речта? Но тук има проблем: когато слушаме звук и възприемаме реч, тук очевидно нещо е кодирано. Ако погледнете графиката на речта, звуков сигнал, тогава няма да можете да определите нищо, но ако слушате, веднага ще определите. Защо? Тъй като знаете кода, разбирате как да декодирате. С мозъчната дейност всичко е по-сложно, защото очевидно кодира нещо, но ние просто не знаем как се кодира.
Несъмнено има нещо общо в кода, което ще позволи дешифрирането на мозъчната активност, защото в противен случай, ако всичко беше напълно индивидуално, нямаше да можем да се разберем.
Проблемът е, че все още имаме малко разбиране за това какво е и как работи. Това не е енцефалограма, въпреки че изглежда като звукозапис по време на говор, това е нещо друго. Засега за нас това е предимно шум, който не можем да декодираме.
Въпреки че имаме малко разбиране за това как работи мозъкът, това не ни пречи да твърдим, че вече можем да четем мисли и това четене се основава на корелация. Корелацията, както знаете, не означава причинно-следствена връзка, така че ние използваме всяка корелация, която може да бъде уловена в такива интерфейси.
За какво си мислят прасето и маймуната?
Животните също имат мисли. Чували ли сте за скорошните експерименти на Илон Мъск? Той имплантира около хиляда електрода в мозъка на прасе, за да чете мислите му. За имплантирането той използва специален робот, който работеше като шевна машина и буквално проблясваше мозъка на животното.
За да разберете експеримента, трябва да знаете поне малко за структурата на мозъка на прасе. Има различни области в мозъка, представляващи различни части на тялото. Това, между другото, се знаеше още преди Илон Мъск. И така, мозъкът на прасето е около 70% на прасенце, така че, естествено, тя мисли за това, което възприема нейното прасенце.
Илън Мъск има по-амбициозна цел: той иска евентуално да повтори експеримента с хора и да се научи как да чете мислите на хората.
Имам положително отношение към този план, тъй като самият аз се занимавам с това от много години: работя върху интерфейси мозък-компютър или мозък-машина. Идеята е, че ние имплантираме много електроди в мозъка (и колкото повече, толкова по-добре), записваме многоканална активност, декодираме я и я изпращаме на външно устройство, например механична ръка, която се движи по заповед на вашата мисъл . Механичната ръка може да има сензори. Например, тя опипва различни предмети и тези усещания за механична ръка се предават в мозъка, в сензорните области на мозъка и предизвикват тактилни усещания. Тази програма работи добре.
Още през 70-те години на миналия век Съветският съюз обмисляше разработването на биоелектрически протези и беше създадена миоелектрическа протеза за ръка. Виктор Семенович Гурфинкел и неговите колеги Цетлин и Гелфанд създадоха протеза, която се контролира от електрическата активност на мускулите и човек с ампутация може да използва такава протеза.
Работя с маймуни от дълго време. В нашите експерименти маймуните имаха крайната цел да получат портокалов сок. Но за това беше необходимо да се работи усилено. Маймуната седеше с джойстик пред екрана и играеше вълнуваща игра, в която трябваше да движи джойстика и да уцелва мишените. Тя се справи страхотно с него. В същото време записахме електрическата активност на мозъка, декодирахме я и след това, без да използваме джойстика, маймуната можеше да насочи този курсор към различни области на екрана. Помогна ни фактът, че успяхме да имплантираме електроди в различни области на мозъка на маймуната, представляващи ръцете, краката, очите, които са по-отговорни за умствената дейност. И по този начин разчитаме доста подробно мислите - двигателните намерения на маймуната. Между другото, мисля, че ще бъде полезно и за хората. Да речем, че отидем на ресторант и вземем храна само защото...
Маймуните, като нас, мислят за посоката на движение. И се оказва, че посоката на движение се разчита много лесно поради активността на невроните. Ако поставите електрод в компютър, никога няма да разберете как работи. И ако поставите електрод, грубо казано, в мозъка на маймуна, се оказва, че невроните се разреждат, кодирайки посоката. Например, ако една маймуна движи ръката си в една посока, тогава този неврон ще бъде много активен, а ако в друга, тогава ще бъде по-малко активен. Само чрез активността на неврона можем да декодираме посоката.
Всъщност сме изминали дълъг път в изучаването на мозъка: в изучаването на отделните му мрежи, свойствата на невроните, каналите, които имат невроните. Така че да кажем, че наистина не знаем нищо, би било погрешно. Но докато натрупваме знания, трябва да знаем все повече и повече и това изглежда е някакво безкрайно приближение.
Безсмъртието, копитата и още 8 неща, в които хората са по-ниски от животните,
Глухите ще чуят, слепите ще прогледнат, легналите ще проходят
Мисля, че преди да можем да декодираме, ще сме много напреднали в интерфейсите, които изпращат информация до мозъка. Този вид устройства стимулират мозъка и предизвикват усещания и може би дори мисли. Да кажем, че много хора страдат от факта, че са лишени от някои сетива, например слух. А в слухопротезирането сме напреднали много далеч: стотици хиляди хора по света са получили кохлеарни импланти и с тяхна помощ чуват отново.
Следващата задача е по-трудна: това е възстановяването на зрението на незрящите. Мисля, че през следващите 5-10 години ще има значителен напредък: слепите хора ще прогледнат отново.
Пластичността на мозъка ни помага за това. Вкарваме електрод, стимулираме го и това е напълно необичаен сигнал за мозъка, защото обикновено той получава много по-деликатни сигнали. Но ако стимулираме и мозъкът мисли каквото искаме от него, той постепенно ще се настрои пластично да разбере този сигнал и в резултат на това човек ще придобие нови усещания.
Докато четенето на напълно произволна мисъл е трудно, но някои определени прости мисли са много по-лесни. И това е много практично по отношение на пациенти с мозъчни лезии. Да кажем, че човек получи инсулт, не може да си движи ръката. В мозъка му има слабо желание да движи ръката си, но не може да го направи. И с помощта на интерфейса можем да засилим това желание. Тоест, първо, можем да записваме мозъчната активност и да улавяме сигнали, свързани с желанието да движим ръката, и след това можем да изпратим тези сигнали до екзоскелета, който е прикрепен към ръката, и възпроизвеждаме всички компоненти на доброволното движение - първо , мозъчна дейност, след това изпълнението й под формата на движение. Така човек с инсулт получава възможност да се тренира и постепенно да се върне към нормалното. Вече става част от неврорехабилитацията на такива пациенти.
Засега към това не се добавят достатъчно пари, но постепенно идва осъзнаването, че трябва да се движим в тази посока. Особено след като мозъчните заболявания стават все по-голям проблем, тъй като продължителността на човешкия живот се увеличава и мозъкът остарява, възникват невродегенеративни заболявания, които водят до проблеми като болестта на Паркинсон или деменция, и трябва да се справят по някакъв начин. Тук идват на помощ невронните интерфейси.
Не само импулсът за движение, но и абстрактни мисли като „Наистина не харесвам този човек“ също могат да бъдат разчетени в експериментална ситуация, в която ви се показват картини на екрана и наблюдавате как реагира мозъкът ви. Но тук има етични проблеми, защото изведнъж искате да скриете, че не харесвате някой човек? И когато ви показаха снимките на екрана, записаха дейността на мозъка, тогава тази ваша мисъл вече не може да бъде скрита: „Да, не харесвате определени хора, обърнете внимание на това!“ Такова устройство е възможно. Той ще бъде аналогичен на детектор на лъжата, но по-усъвършенстван, базиран на по-подробен анализ на мозъчната активност.
Винаги сме се опитвали да бъдем пионери в изследванията и в много случаи това, което направихме, беше за първи път. Например, създадохме механична ръка, която маймуната контролираше, и тази ръка извършваше хващащи движения - протягане и хващане. След това прехвърлихме чувствителността на механична ръка: тя докосна външни обекти, ние стимулирахме мозъка и маймуната докосна тези обекти. Тогава казахме: „Е, свършихме достатъчно работа с ръката, нека се опитаме да декодираме ходенето“. Те декодираха ходенето, което между другото беше повторено от Илон Мъск на прасе, но ние го направихме на маймуна. Тогава казахме: „Е, добре, възможно ли е да се възстановят някои от пространствените кодировки на мозъка?“ И ние направихме експеримент, в който маймуна се возеше из стаята на количка и направляваше движенията си с мозъчни сигнали.
Какво следва? Смята се, че лечението на хора с увреждания на гръбначния стълб е абсолютно непреодолима задача: ако гръбначният мозък се пререже, той не покълва отново. Именно върху този проблем са насочени усилията ни в момента. Докато ние правим първите стъпки в тази област: записваме мозъчната активност и я насочваме към стимулатор на гръбначния мозък, който помага на онези влакна, които все още не са разкъсани, да станат функционални. Наистина виждаме добри резултати. Но в идеалния случай, когато много дисциплини се слеят тук, може би ще постигнем регенериране на гръбначния мозък и такива хора ще могат да ходят отново.