В 1999 году американские ученые Джон Чапин и Мигэль Николелис опубликовали интересную работу. У слегка закрепленных в тесной клетке лабораторных крыс, испытывающих жажду, они выработали навык двигать лапкой специальный рычажок, чтобы пододвинуть к себе поилку. В этом нет ничего удивительного, крысы очень быстро обучаются подобным трюкам. Необычность этого эксперимента состояла в том, что в мозг крыс было вживлено 40 тонких электродов, с помощью которых ученые наблюдали за активностью нескольких десятков нервных клеток. Исследователям было интересно узнать, появляется ли какая-то особая картина возбуждения нейронов непосредственно перед движением лапки. Им важно было подсмотреть именно намерение крысы двинуть лапкой, опережающее само мышечное действие.
Ведь если с помощью внутримозговых электродов можно предсказать желание животного, то тогда уже дело техники передать это желание исполнительным механическим устройствам и пододвинуть поилку даже раньше, чем крыса начнет двигать рычажок. В итоге, как только крысе хотелось пить, поилка пододвигалась к ней сама по себе.
Через совсем небольшое время, крыса «сложила лапки», и стала управлять поилкой одной лишь силой намерения.
Таким образом американские исследователи придумали очень красивую демонстрацию технологической цепочки регистрации и расшифровки мозговых сигналов, встроенной между мозгом и внешним объектом управления: от измерения электрической активности мозга, расшифровки этой активности, выделения признаков намерения до передачи команды для исполнительных устройств. Эта технология прямой коммуникации мозга с исполнительным устройством называется «интерфейс мозг-машина». Получается, что животное или человек может силой одного только намерения управлять внешними устройствами и без мышечных усилий контактировать с внешним миром. Нужно только снабдить их соответствующими интерфейсами мозг-машина или мозг-компьютер.
Конечно, Чапин и Николелис были далеко не первыми в деле разработки нейрокомпьютерных систем, но, ничего не скажешь, американцы умеют подать товар лицом. Впоследствии Николелис отличился уже на обезьянах: животные с вживленными электродами могли управлять искусственной рукой настолько ловко, что запросто с ее помощью подавали себе и сок, и кусочки бананов. Недавно я наблюдал эту картину непосредственно в лаборатории Николелиса. А в 2012 году подобную технологию освоили уже на людях — более десяти лет страдавших полным параличом вследствие инсульта и, наконец, получивших возможность самостоятельно взять со стола контейнер с напитком или шоколадку и поднести ко рту. Другие пациенты, много лет пребывавшие в безмолвном состоянии, смогли наконец с помощью нейрокоммуникаторов набрать тексты писем своим близким.
Однако перспективы здесь, конечно, не только медицинские.
Нейрокоммуникаторы — это одна из реализаций технологии интерфейсов мозг-компьютер. По сути, с помощью нейрокоммуникаторов человек получает возможность управлять цифровым миром напрямую: сигнал идет от мозга ко всему, что содержит порты приема цифровых кодов. То есть создаются условия для прямого соединения между естественным и искусственным интеллектами, так как и тот и другой являются информационно-аналитическими системами.
В быту это может выглядеть просто как реализация намерений при одной лишь мысли о них: включить свет, выключить телевизор, увеличить громкость звука и т. д. Вполне возможно, что в недалеком будущем нейрокоммуникаторы будут встраиваться в бытовую технику, в индустриальные системы, транспортные средства и мобильные телефоны, станут атрибутом носимых вычислительных и мультимедийных средств. При этом нет никакой необходимости вживлять электроды в мозг. Достаточно регистрировать электрическую активность мозга прямо с кожной поверхности головы, как это делается в поликлинике, методом электроэнцефалографии — ЭЭГ. Только для создания канала нейрокоммуникатора требуется глубокая расшифровка электрических сигналов мозга.
В нашей лаборатории нейрокомпьютерных интерфейсов в МГУ мы заняты как разработкой фундаментальных основ анализа и расшифровки ЭЭГ, так и собственно медицинскими проектами. Например, создаем клинический нейрокоммуникатор, который позволит людям с тяжелыми нарушениями речи и двигательной системы, допустим, после инсульта, не потерять канал связи с внешним миром. Они смогут силой своих намерений набирать тексты, управлять курсором компьютера и заходить в интернет. С помощью специальных пультов управления выполнять какой-то объем работ по самообслуживанию: изменить наклон кровати, вызвать персонал, подать себе напиток или еду и так далее. Все это уже умеют делать посредством нейрокоммуникатора здоровые люди. Каждый может сесть у экрана компьютера и, не прикасаясь к клавиатуре, а лишь фокусируя внимание на той или иной букве, набирать текст, букву за буквой с 95% надежностью. При этом обучение в наших методиках составляет всего несколько минут. Сейчас мы адаптируем эти технологии для реальных пациентов.
Другим нашим медицинским проектом является создание нейротренажера — тоже на основе технологии интерфейса мозг-компьютер. Многие пациенты после инсульта или черепно-мозговых травм имеют хороший ресурс для восстановления двигательных функций, но для этого нужны постоянные тренировки пострадавшей, например парализованной, конечности. Зачастую, это невозможно, так как конечность не работает из-за самой болезни. Вот здесь на помощь приходит нейротренажер, намерение, например, сжать пальцы кисти в кулак детектируется по электрической активности мозга и передается на так называемую экзоскелетную конструкцию с моторчиками, присоединенную к пальцам руки. Пациент задумал движение пальцев, и оно совершается! Пусть поначалу пассивно механически, но мозг начал тренировку, и есть надежда, что в процессе тренировок постепенно начнут разрабатываться мышцы и экзоскелетную конструкцию можно будет снять. Если же дело пойдет не так успешно, то подобная или иная экзоскелетная конструкция управляемая напрямую от мозга, станет пациенту надежным помощником в жизни.
В настоящее время в мире наблюдается настоящий бум разработок в области нейрокомпьютерных интерфейсов. Впереди всех, как обычно, разработчики всякого рода игр и игрушек: от движущихся силой намерения кроличьих ушей, до управляемых волевыми импульсами вертолетиков. Конечно, занятно смотреть, как два игрока, сидя за столом с надетыми на голову бытовыми регистраторами ЭЭГ, пытаются силой мысли сдвинуть магнитный шарик с середины поля и завести его в ворота сопернику. Или, как в другой игре, пытаются волевыми импульсами поддуть легкий шарик, чтобы он оставался висеть в воздухе. Но на поверку все эти игры оказываются лишь в небольшой мере похожими на настоящие нейроинтерфейсы, а иные и вовсе являются их симуляторами. Тем не менее с задачей своей они справляются: повышают людям настроение и провоцируют интерес к еще не раскрытым секретам мозга. Многие разработчики и пользователи игрушек потом приходят работать в профессиональные лаборатории, в которых ученые уже очень близко подошли к созданию нейроуправляемых транспортных средств, «аватаров» и к прямому контакту мозга с искусственными супервычислительными системами
