Мысль, став­шая ма­те­ри­аль­ной си­лой

Уче­ные уже спо­соб­ны со­здать ин­тер­фейс мозг-ма­ши­на, ко­то­рый по­мо­жет мил­ли­о­нам лю­дей вновь об­ре­сти спо­соб­ность об­щать­ся и дви­гать­ся, и да­же объ­еди­ня­ют моз­ги в «су­пер­мозг», но до сих не зна­ют, что та­кое мысль и ум

Ekspert - - НАУКИ И ТЕХНОЛОГИИ -

XXI ве­ке, по мне­нию мно­гих спе­ци­а­ли­стов, изу­че­ние моз­га и ра­зу­ма бу­дет иг­рать та­кую же роль, ка­кую сыг­ра­ло для на­ук про­шло­го ве­ка изу­че­ние ге­нов и на­след­ствен­но­сти. Ожи­да­ет­ся, что ис­сле­до­ва­ние моз­га так­же объ­еди­нит мно­гие на­у­ки, в том чис­ле со­ци­аль­ные и есте­ствен­ные, а кро­ме то­го, по­слу­жит ос­но­вой для со­зда­ния но­вых тех­но­ло­гий.

Раз­ра­бот­ка ме­то­дов непо­сред­ствен­но­го, без ис­поль­зо­ва­ния мо­тор­ной де­я­тель­но­сти, вза­и­мо­дей­ствия моз­га че­ло­ве­ка или жи­вот­но­го и ма­ши­ны — од­но из са­мых по­пу­ляр­ных на­прав­ле­ний со­вре­мен­ной ней­ро­фи­зио­ло­гии, ко­то­рое тре­бу­ет ис­поль­зо­ва­ния са­мых раз­но­об­раз­ных ма­те­ма­ти­че­ских ме­то­дов и тех­ни­че­ских средств. Та­кие устрой­ства по­лу­чи­ли на­зва­ние «ин­тер­фейс мозг-ма­ши­на» (Brain Machine Interface, BMI) или «ин­тер­фейс мозг-ком­пью­тер» (Brain Computer Interface, BCI).

Мож­но вы­де­лить два ос­нов­ных ме­то­да со­зда­ния по­доб­ных ин­тер­фей­сов: ин­ва­зив­ный, то есть свя­зан­ный с про­ник­но­ве­ни­ем в мозг и по­лу­че­ни­ем сиг­на­ла от им­план­ти­ро­ван­ных в него электродов, и неин­ва­зив­ный, не пред­по­ла­га­ю­щий про­ник­но­ве­ния в мозг, а ис­поль­зу­ю­щий его элек­тро­маг­нит­ное из­лу­че­ние. Лю­бое дви­же­ние, вос­при­я­тие или внут­рен­няя мыс­ли­тель­ная де­я­тель­ность свя­за­ны с вза­и­мо­дей­стви­ем ней­ро­нов по­сред­ством элек­три­че­ских им­пуль­сов нерв­ных кле­ток и во­ло­кон. В сум­ме эти про­цес­сы со­зда­ют элек­тро­маг­нит­ное по­ле, ко­то­рое мож­но за­ре­ги­стри­ро­вать сна­ру­жи го­ло­вы с по­мо­щью ме­то­дов элек­тро­эн­це­фа­ло­гра­фии.

Кро­ме соб­ствен­но на­уч­но­го ин­те­ре­са у раз­ра­бо­ток ин­тер­фей­са мозг-ма­ши­на есть несколь­ко важ­ных при­клад­ных при­ме­не­ний. На­при­мер, воз­мож­ность управ­лять раз­лич­ны­ми тех­ни­че­ски­ми устрой­ства­ми «си­лой мыс­ли». Но в первую оче­редь это воз­мож­ность прий­ти на по­мощь лю­дям, ко­то­рые стра­да­ют нев­ро­ло­ги­че­ски­ми за­бо­ле­ва­ни­я­ми, па­ра­ли­зо­ва­ны и неспо­соб­ны ни к ка­ким дви­га­тель­ным функ­ци­ям, но все еще об­ла­да­ют ко­гни­тив­ны­ми спо­соб­но­стя­ми. Един­ствен­но воз­мож­ный для них спо­соб об­ще­ния со сво­им окру­же­ни­ем — ис­поль­зо­ва­ние моз­го­вой де­я­тель­но­сти для управ­ле­ния ка­ки­ми-то устрой­ства­ми.

В де­каб­ре 2015 го­да со­сто­ял­ся II Меж­дис­ци­пли­нар­ный на­уч­ный форум «Не­де­ля на­у­ки в Москве», од­ним из ор­га­ни­за­то­ров ко­то­ро­го вы­сту­пил Ин­сти­тут про­блем пе­ре­да­чи ин­фор­ма­ции им. А. А. Хар­ке­ви­ча РАН (ИППИ РАН). В рам­ках фо­ру­ма про­шла на­уч­ная сес­сия «Со­вре­мен­ные ней­ро­на­у­ки: как ис­поль­зо­вать дан­ные о функ­ци­о­ни­ро­ва­нии и струк­ту­ре моз­га», в ко­то­рой при­ня­ли уча­стие мно­гие из­вест­ные спе­ци­а­ли­сты в об­ла­сти ин­тер­фей­сов мозг-ма­ши­на, в том чис­ле стар­ший на­уч­ный со­труд­ник ней­ро­ин­жи­ни­рин­го­во­го цен­тра Уни­вер­си­те­та Дью­ка (США) Ми­ха­ил Ле­бе­дев и за­ве­ду­ю­щий сек­то­ром ИППИ РАН Ми­ха­ил Бе­ля­ев. Ле­бе­дев — ней­ро­фи­зио­лог, Бе­ля­ев — ма­те­ма­тик. И оба ра­бо­та­ют над со­зда­ни­ем ин­тер­фей­сов мозг-ма­ши­на. Мы ре­ши­ли вос­поль­зо­вать­ся слу­ча­ем и об­су­дить с ни­ми пробле­мы со­зда­ния BCI. А на­ча­ли бе­се­ду с прось­бы по­яс­нить, чем имен­но они за­ни­ма­ют­ся.

ВМи­ха­ил Бе­ля­ев: В на­шей ла­бо­ра­то­рии мы раз­ра­ба­ты­ва­ем ма­те­ма­ти­че­ские ме­то­ды рас­по­зна­ва­ния и об­ра­бот­ки сиг­на- лов эн­це­фа­ло­грамм, с по­мо­щью ко­то­рых мож­но по­стро­ить устрой­ства, ко­то­рые, как лю­бят го­во­рить фан­та­сты, поз­во­лят си­лой мыс­ли управ­лять чем-ни­будь во­круг нас. То есть со­здать ин­тер­фей­сы мозг-ма­ши­на.

Хо­тя эн­це­фа­ло­грам­ма — это со­во­куп­ная ак­тив­ность огром­но­го чис­ла ней­ро­нов и, со­от­вет­ствен­но, элек­три­че­ских сиг­на­лов и из­влечь из нее ка­кие-то сиг­на­лы, свя­зан­ные со слож­ной ак­тив­но­стью моз­га, по­ка не уда­ет­ся, тем не ме­нее уже су­ще­ству­ют ма­те­ма­ти­че­ские ме­то­ды, ко­то­рые поз­во­ля­ют из­вле­кать из эн­це­фа­ло­грам­мы по­лез­ную ин­фор­ма­цию для управ­ле­ния раз­лич­ны­ми объ­ек­та­ми.

Ми­ха­ил Ле­бе­дев: Мы то­же ра­бо­та­ем в об­ла­сти ин­тер­фей­сов мозг-ма­ши­на. Но не с людь­ми, а с обе­зья­на­ми. Мы за­пи­сы­ва­ем у них ак­тив­ность моз­га, де­ко­ди­ру­ем ее и под­клю­ча­ем к ка­ким-то внеш­ним устрой­ствам, на­при­мер к ме­ха­ни­че­ской или вир­ту­аль­ной ру­ке. Обе­зья­на кон­тро­ли­ру­ет ак­тив­но­стью моз­га дви­же­ние и, ска­жем, управ­ля­ет вир­ту­аль­ной ру­кой на экране.

— Как вы по­лу­ча­е­те сиг­на­лы от обе­зьян?

М. Л.: В на­ших ис­сле­до­ва­ни­ях мы ис­поль­зу­ем элек­тро­ды, ко­то­рые им­план­ти­ро­ва­ны в мозг обе­зьян в непо­сред­ствен­ной бли­зо­сти к ней­ро­нам. Ко­неч­но, вы­брать ка­кой-то ней­рон «по вкусу» мы не мо­жем. Но мы точ­но зна­ем, где в мо­тор­ной ко­ре пред­став­ле­ны ру­ки, где пред­став­ле­ны но­ги, где ту­ло­ви­ще, где го­ло­ва. Ес­ли мы хо­тим управ­лять про­те­зом для но­ги, то по­ме­ща­ем элек­тро­ды в об­ласть, ко­то­рая от­вет­ствен­на за но­ги.

Ней­рон ге­не­ри­ру­ет элек­три­че­ские им­пуль­сы. Мы смот­рим, в ка­кое вре­мя ней­рон сге­не­ри­ро­вал им­пульс, что­бы по­нять, как этот им­пульс свя­зан с дви­же­ни­ем ру­ки или но­ги. Ос­нов­ная ха­рак­те­ри­сти­ка ра­бо­ты ней­ро­на — ча­сто­та раз­ря­да. На­при­мер, ней­рон раз­ря­жа­ет­ся мед­лен­но до на­ча­ла дви­же­ния, но в мо­мент дви­же­ния ру­ки ча­сто­та раз­ря­да уве­ли­чи­ва­ет­ся. Ней­рон мо­жет раз­ря­жать­ся с ча­сто­той до 500 герц. И мы смот­рим, как ме­ня­ет­ся раз­ряд: 10 герц, по­том 20, по­том…

Зная, ка­кие сиг­на­лы со­от­вет­ству­ют ка­ким дви­же­ни­ям и ощу­ще­ни­ям, мы мо­жем элек­три­че­ски сти­му­ли­ро­вать мозг и по­сред­ством этой сти­му­ля­ции вы­зы­вать ощу­ще­ния. Ска­жем, в та­ком экс­пе­ри­мен­те: обе­зья­на кон­тро­ли­ру­ет ис­кус­ствен­ную ру­ку, как бы ощу­пы­ва­ю­щую вир­ту­аль­ные пред­ме­ты и ге­не­ри­ру­ю­щую сиг­на­лы ис­кус­ствен­но­го так­тиль­но­го вос­при­я­тия. Мы этот сиг­нал по­сы­ла­ем об­рат­но в мозг при по­мо­щи элек­три­че­ской сти­му­ля­ции, что со­зда­ет у обе­зья­ны пол­ную ил­лю­зию то­го, что она и управ­ля­ет этой ру­кой, и поль­зу­ет­ся ею для по­лу­че­ния так­тиль­ных ощу­ще­ний. А недав­но мы по­ка­за­ли, что обе­зья­на мо­жет ак­тив­но­стью моз­га управ­лять дву­мя вир­ту­аль­ны­ми ру­ка­ми од­но­вре­мен­но. Мы ра­бо­та­ем не толь­ко с ру­ка­ми, но и с но­га­ми. В ми­ре мил­ли­о­ны лю­дей стра­да­ют от па­ра­ли­ча ног. Эти ис­сле­до­ва­ния на­прав­ле­ны на то, что­бы по­лу­чить воз­мож­ность вос­ста­нав­ли­вать у та­ких лю­дей спо­соб­ность хо­дить.

— Но при па­ра­ли­че про­ис­хо­дит от­клю­че­ние участ­ков моз­га, управ­ля­ю­щих, ска­жем, но­га­ми.

М. Л.: Не все­гда. Па­ра­лич мо­жет на­сту­пать, на­при­мер, и вслед­ствие трав­мы спин­но­го моз­га. Раз­ры­ва­ет­ся спин­ной мозг, по­это­му к мыш­цам не по­сту­па­ют управ­ля­ю­щие сиг­на­лы. При этом из­вест­но, что об­ласть го­лов­но­го моз­га, от­вет­ствен­ная за

Newspapers in Russian

Newspapers from Russia

© PressReader. All rights reserved.