Neuralink Илона Маска. Часть четвертая: нейрокомпьютерные интерфейсы

Эксцентричный в хорошем смысле этого слова предприниматель, плейбой, филантроп Илон Маск известен всему миру. Это он решил вывести человечество в космос, колонизировать Марс, отказаться от одноразовых ракет. Это он решил сделать мир чище, пересадив нас с автомобилей с ДВС на самоуправляемые автомобили. Пока разворачиваются эти предприятия, он не сидит сложа руки. Он задумал Neuralink, который поможет нам стать новыми людьми. Без границ и без слабостей, как и положено в новом мире (Илона Маска). Документировать сумасшедшие идеи Маска, как и всегда, вызвался Тим Урбан с WaitButWhy (он писал про искусственный интеллект, колонизацию Марса и SpaceX). Представляем одно из лучших произведений современной научно-популярной журналистики. Далее от первого лица.

Часть 1: Колосс Человеческий

Часть 2: Мозг

Часть 3: Полет над гнездом нейронов

В 1969 году ученый по имени Эберхард Фетц соединил один нейрон мозга обезьяны с циферблатом перед ее лицом. Стрелки должны были двигаться, когда нейрон активировался. Когда обезьяна думала так, что активировался нейрон и стрелки смещались, она получала конфету со вкусом банана. Со временем обезьяна стала совершенствоваться в этой игре, потому что хотела больше вкусных конфет. Обезьяна научилась активировать отдельный нейрон и стала первым персонажем, получившим нейрокомпьютерный интерфейс.

В течение следующих нескольких десятилетий прогресс был довольно медленным, но к середине 90-х годов ситуация начала меняться и с тех пор все разгоняется.

Поскольку наше понимание мозга и электродного оборудования довольно примитивны, наши усилия, как правило, направлены на создание простых интерфейсов, которые будут использоваться в тех областях головного мозга, которые мы понимаем лучше всего, таких как моторная кора и визуальная кора головного мозга.

И поскольку человеческие эксперименты возможны только для людей, которые пытаются использовать НКИ для облегчения своих страданий — и потому что спрос рынка сосредоточен именно на этом — наши усилия почти полностью были посвящены восстановлению утраченных функций для людей с ограниченными возможностями.

Крупнейшие отрасли НКИ будущего, которые обеспечат людей волшебными сверхспособностями и преобразуют мир, сейчас находятся в состоянии зародыша — и нам приходится руководствоваться ими, а также своими догадками, размышляя о том, каким может быть мир в 2040, 2060 или 2100 году.

Давайте пройдемся по ним.

NV 0215 Hood alan turing first computer 768x456 650x386 - Neuralink Илона Маска. Часть четвертая: нейрокомпьютерные интерфейсы

Это компьютер, созданный Аланом Тьюрингом в 1950 году. Он называется Pilot ACE. Шедевр своего времени.

Теперь посмотрите на это:

iphone 7BLACK - Neuralink Илона Маска. Часть четвертая: нейрокомпьютерные интерфейсы

Когда вы будете читать примеры ниже, я хочу, чтобы вы держали перед глазами такую аналогию —

Pilot ACE является для iPhone 7 тем же,

чем

каждый пример НКИ ниже является для ______________

— и попробуйте представить, что должно быть на месте прочерка. К нему мы вернемся позже.

В любом случае из всего, что я читал и обсуждал с людьми в этой области, в настоящее время в разработке находится три крупных категории нейрокомпьютерных интерфейсов:

Если вы забыли, моторная кора — это вот этот парниша:

ucNSNTDc4yMxayeRNXNlpw m - Neuralink Илона Маска. Часть четвертая: нейрокомпьютерные интерфейсы

Многие области мозга для нас непонятны, но моторная кора непонятна для нас меньше, чем другие. И что более важно, она хорошо картирована, отдельные ее части контролируют отдельные участки тела.

Что важно, это одна из крупных участков мозга, которая отвечает за нашу работу. Когда человек что-то делает, моторная кора почти наверняка тянет за ниточки (во всяком случае физической стороны действия). Поэтому человеческому мозгу не нужно учиться использовать моторную кору в качестве дистанционного управления, потому что мозг уже использует ее в таком качестве.

Поднимите свою руку. Теперь опустите. Видите? Ваша рука похожа на маленький игрушечный беспилотник, и ваш мозг просто использует моторную кору как пульт дистанционного управления, чтобы дрон взлетел и вернулся обратно.

Цель НКИ на основе моторной коры состоит в том, чтобы подключиться к ней, а затем, когда пульт дистанционного управления вызовет команду, услышать эту команду и отправить ее на какой-нибудь аппарат, который сможет на нее ответить. Например, на руку. Пучок нервов — посредник между вашей корой и вашей рукой. НКИ — посредник между вашей моторной корой и компьютером. Все просто.

Один из интерфейсов такого типа позволяет человеку — обычно человеку, парализованному от шеи либо с ампутированной конечностью, — перемещать курсор на экране силой мысли.

Все начинается с 100-контактной многоэлектродной матрицы, которая имплантируется в моторную кору человека. Моторная кора у парализованного человека работает прекрасно — просто спинной мозг, который служил посредником между корой и телом, прекратил работать. Таким образом, с имплантированной электродной матрицей исследователи дали возможность человеку двигать рукой в разных направлениях. Даже если он не может этого сделать, моторная кора функционирует нормально, как если бы он мог.

Когда кто-то двигает рукой, его моторная кора взрывается активностью — но каждый нейрон обычно интересуется только одним типом движения. Поэтому один нейрон может срабатывать всякий раз, когда человек двигает своей рукой вправо, но будет скучать при движении в других направлениях. Тогда только по одному этому нейрону можно было бы определить, когда человек хочет передвинуть свою руку вправо, а когда нет. Но с электродной матрицей из 100 электродов каждый из них будет слушать отдельный нейрон. Поэтому во время испытаний, когда человека просят передвинуть руку вправо, например, 38 из 100 нейронов фиксирует активность нейронов. Когда человек хочет передвинуть руку влево, активируется 41 другой. В процессе отработки движений в разных направлениях и с разной скоростью, компьютер получает данные с электродов и синтезирует их в общее понимание картины активации нейронов, соответствующей намерениям двигаться по осям X-Y.

Затем, когда они выводят эти данные на экран компьютера, человек может силой мысли, «пытаясь» двигать курсор, действительно контролировать курсор. И это работает. При помощи НКИ, сопряженных с моторной корой, компания BrainGate позволила мальчику играть в видеоигру при помощи одной только силы мысли.

0 - Neuralink Илона Маска. Часть четвертая: нейрокомпьютерные интерфейсы

И если 100 нейронов могут сказать вам, куда они хотят передвинуть курсор, почему они не могут сказать вам, когда они хотят поднять чашечку кофе и сделать глоток? Вот что сделала эта парализованная женщина:

Другая парализованная женщина сумела полетать на симуляторе истребителя F-35, а обезьяна недавно при помощи мозга проехала в инвалидном кресле.

maxresdefault - Neuralink Илона Маска. Часть четвертая: нейрокомпьютерные интерфейсы

И почему ограничиваться одними руками? Бразильский пионер НКИ Мигель Николелис и его команда построили целый экзоскелет, позволивший парализованному человеку сделать открывающий удар на World Cup.

В этих разработках есть семена других будущих революционных технологий — вроде интерфейсов «мозг — мозг».

Николелис провел эксперимент, в котором моторная кора одной крысы в Бразилии, нажимавшей один из двух рычагов в клетке — один из которых, о чем знала крыса, доставит ей удовольствие — была связана через Интернет с моторной корой другой крысы в США. Крыса в США была в подобной клетке, за исключением того, что, в отличие от крысы в Бразилии, у нее не было информации о том, какой из ее двух рычагов доставит ей удовольствие — помимо сигналов, которые она получает от бразильской крысы. В ходе эксперимента, если американская крыса правильно выбирала рычаг, тот же, который тянула крыса в Бразилии, обе крысы получали награду. Если тянули неверный, не получали. Интересно то, что с течением времени крысы становились все лучше и лучше, работали сообща, словно одна нервная система — хотя и понятия не имели о существовании друг друга. Успех американской крысы без информации составлял 50%. С сигналами, поступающими от мозга бразильской крысы, успех вырос до 64%. Вот видео.

0 - Neuralink Илона Маска. Часть четвертая: нейрокомпьютерные интерфейсы

Отчасти это сработало и на людях. Два человека в разных зданиях работали сообща, играя в видеоигру. Один видел игру, другой держал контроллер. Используя простые гарнитуры ЭЭГ, игрок, который видел игру, мог, не двигая руками, подумать о движении своей рукой, чтобы «выстрелить» на контроллере — и поскольку их мозги сообщались между собой, игрок с контроллером чувствовал сигнал в пальце и нажимал кнопку.

Есть несколько причин, по которым давать зрение слепым и звук глухим — среди самых доступных категорий нейрокомпьютерных интерфейсов.

Во-первых, подобно моторной коре, сенсорные части коры — это части мозга, которые мы понимаем достаточно хорошо, отчасти потому, что они имеют тенденцию хорошо картироваться.

Во-вторых, среди многих первых подходов нам не нужно было иметь дела с мозгом — можно было взаимодействовать с теми местами, где уши и глаза соединяются с мозгом, потому что именно там чаще всего встречались нарушения.

И в то время как деятельность моторной коры головного мозга заключалась главным образом в считывании нейронов для извлечения информации из мозга, искусственные органы чувств работают по-другому — стимулируя нейроны для отправки информации внутрь.

За последние десятилетия мы наблюдали невероятное развитие кохлеарных имплантатов.

Кохлеарный имплантат — это маленький компьютер, у которого на одном конце микрофон (который сидит на ухе), а на другом провод, который соединяется с массивом электродов, выстилающих улитку.

62036062 600x522 - Neuralink Илона Маска. Часть четвертая: нейрокомпьютерные интерфейсы

Звук поступает в микрофон (маленький крючок в верхней части уха) и входит в коричневую штуку, которая обрабатывает звук, чтобы отфильтровать менее полезные частоты. Затем коричневая штука передает информацию через кожу, через электрическую индукцию, в другой компонент компьютера, который преобразует информацию в электрические импульсы и посылает ее в улитку. Электроды фильтруют импульсы по частоте, как улитка, и стимулируют слуховой нерв, как волоски в улитке. Вот так это выглядит снаружи:

processor on ear - Neuralink Илона Маска. Часть четвертая: нейрокомпьютерные интерфейсы

Другими словами, искусственное ухо выполняет такую же функцию превращения звука в импульсы и передачи в слуховой нерв, как и обычное ухо.

Но это не идеально. Почему? Потому что для того, чтобы послать звук в мозг с таким же качеством, как и обычное ухо, нужно 3500 электродов. Большинство кохлеарных имплантатов содержит всего 16. Грубовато.

Но мы ведь в эпохе Pilot ACE — конечно, грубовато.

Тем не менее сегодняшний кохлеарный имплантат позволяет людям слышать речь и разговаривать, а это уже неплохо.

Многие родители глухих детей ставят им кохлеарные имплантаты в годовалом возрасте.

0 - Neuralink Илона Маска. Часть четвертая: нейрокомпьютерные интерфейсы

В мире слепоты происходит аналогичная революция в виде имплантата сетчатки.

Слепота часто является результатом заболевания сетчатки. В этом случае имплантат может выполнять подобную функцию для зрения, как кохлеарный имплантат для слуха (хоть и не так прямо). Он делает то же, что и обычный глаз, передавая информацию нервам в форме электрических импульсов, как это делают глаза.

Более сложный интерфейс, чем кохлеарный имплантат, первый имплантат сетчатки был одобрен FDA в 2011 году — им стал имплантат Argus II, изготовленный Second Sight. Имплантат сетчатки выглядит так:

6x6 argus retinal implant 2d - Neuralink Илона Маска. Часть четвертая: нейрокомпьютерные интерфейсы

И работает так:

maxresdefault - Neuralink Илона Маска. Часть четвертая: нейрокомпьютерные интерфейсы

Имплантат сетчатки имеет 60 сенсоров. В сетчатке около миллиона нейронов. Грубовато. Но видеть размытые кромки, формы, игры света и тьмы значительно лучше, чем не видеть вообще ничего. Что особенно интересно, для достижения хорошего зрения совсем не нужен миллион сенсоров — моделирование позволило предположить, что 600-1000 электродов будет достаточно для распознавания лиц и чтения.

Начиная с конца 1980-х годов, глубокая стимуляция мозга стала еще одним грубым инструментом, который все так же меняет жизнь для многих людей.

Также это категория НКИ, которые не связаны с внешним миром — это использование нейрокомпьютерных интерфейсов для лечения или улучшения самого себя, изменяя что-то внутри.

То, что происходит здесь, — это один или два электродных провода, обычно с четырьмя отдельными электродными участками, которые вводятся в мозг и часто оказываются где-то в лимбической системе. Затем в верхнюю часть грудной клетки имплантируют небольшой электрокардиостимулятор и подключают к электродам. Вот так:

Затем электроды могут выдавать небольшой заряд по необходимости, что полезно для многих важных штук. Например:

StJudeMedicalDBSStory - Neuralink Илона Маска. Часть четвертая: нейрокомпьютерные интерфейсы

В рамках экспериментов (то есть пока без одобрения FDA) ученым удалось смягчить определенные виды хронической боли, вроде мигреней или фантомной боли в конечностях, вылечить беспокойство или депрессию при ПТСР, либо в сочетании с мышечной стимуляцией восстановить определенные нарушенные схемы работы мозга, которые сломались после инсульта или неврологического заболевания.

* * *

Вот в таком состоянии находится пока еще слабо развитая область НКИ. И в этот момент в нее входит Илон Маск. Для него и для Neuralink, современная НКИ-индустрия — это точка А. Пока мы изучали прошлое на протяжении всех этих статей, чтобы подобраться к настоящему моменту. Теперь пришло время заглянуть в будущее — чтобы выяснить, что такое точка Б и как нам до нее добраться.

Продолжение следует.