Подобно тому, как древние греки мечтали о стремительном взлете, сегодняшние фантазии мечтают о том, чтобы объединить умы и машины как средство от назойливой проблемы человеческой смертности. Может ли ум напрямую соединяться с искусственным интеллектом, роботами и другими умами через технологии интерфейса мозг-компьютер (BCI), чтобы преодолеть наши человеческие ограничения?
Связанный контент
- Как первая автоматическая машина в Америке связана с «голым обедом»
За последние 50 лет исследователи в университетских лабораториях и компаниях по всему миру добились впечатляющего прогресса в достижении такого видения. Недавно успешные предприниматели, такие как Элон Маск (Neuralink) и Брайан Джонсон (Kernel), объявили о новых стартапах, которые стремятся расширить возможности человека с помощью взаимодействия между мозгом и компьютером.
Насколько мы близки к тому, чтобы успешно соединить наш мозг с нашими технологиями? И какие могут быть последствия, когда наши умы подключены?
Происхождение: реабилитация и восстановление
Эб Фетц (Eb Fetz), исследователь в Центре сенсомоторной нейронной инженерии (CSNE), является одним из первых пионеров, соединяющих машины с разумом. В 1969 году, еще до появления персональных компьютеров, он показал, что обезьяны могут усиливать сигналы своего мозга для управления иглой, которая перемещается на циферблате.
Большая часть недавней работы по ИМК направлена на улучшение качества жизни людей, которые парализованы или имеют серьезные двигательные нарушения. Возможно, вы видели некоторые недавние достижения в новостях: исследователи из Питтсбургского университета используют сигналы, записанные внутри мозга, для управления роботизированной рукой. Исследователи из Стэнфорда могут извлекать данные о намерениях парализованных пациентов из их сигналов мозга, что позволяет им использовать планшет без проводов.
Точно так же некоторые ограниченные виртуальные ощущения могут быть отправлены обратно в мозг, доставляя электрический ток внутри мозга или на поверхность мозга.
Как насчет наших основных чувств зрения и звука? Очень ранние версии бионических глаз для людей с серьезными нарушениями зрения были развернуты на коммерческой основе, и улучшенные версии сейчас проходят испытания на людях. Кохлеарные имплантаты, с другой стороны, стали одними из самых успешных и распространенных бионических имплантатов - более 300 000 пользователей по всему миру используют имплантаты, чтобы слышать.
Двунаправленный интерфейс мозг-компьютер (BBCI) может записывать сигналы от мозга и передавать информацию обратно в мозг посредством стимуляции. (Центр сенсомоторной нейронной инженерии (CSNE), CC BY-ND) Наиболее сложные ИМК - это «двунаправленные» ИМК (BBCI), которые могут как регистрировать нервную систему, так и стимулировать ее. В нашем центре мы изучаем BBCI как принципиально новый инструмент реабилитации от инсульта и травм спинного мозга. Мы показали, что BBCI может использоваться для укрепления связей между двумя областями мозга или между мозгом и спинным мозгом и перенаправлять информацию вокруг области повреждения, чтобы реанимировать парализованную конечность.
Учитывая все эти успехи на сегодняшний день, вы можете подумать, что интерфейс мозг-компьютер станет следующим обязательным потребительским гаджетом.
Еще первые дни
Сетка электрокортикографии, используемая для обнаружения электрических изменений на поверхности мозга, проходит испытания на электрические характеристики. (Центр сенсомоторной нейронной инженерии, ЦК BY-ND) Но внимательный взгляд на некоторые из текущих демонстраций BCI показывает, что у нас все еще есть путь: когда BCI производят движения, они гораздо медленнее, менее точны и менее сложны, чем трудоспособные люди, легко делающие каждый день своими конечностями. Бионические глаза предлагают зрение с очень низким разрешением; кохлеарные имплантаты могут в электронном виде передавать ограниченную речевую информацию, но искажают восприятие музыки. И чтобы заставить все эти технологии работать, электроды должны быть имплантированы хирургическим путем - перспектива, которую большинство людей сегодня не будет рассматривать.
Однако не все BCI являются инвазивными. Существуют неинвазивные ИМК, которые не требуют хирургического вмешательства; они, как правило, основаны на электрических (ЭЭГ) записях на коже головы и используются для демонстрации управления курсорами, инвалидными колясками, роботизированными руками, дронами, гуманоидными роботами и даже связью мозг-мозг.
Но все эти демонстрации были в лаборатории - там, где в комнатах тихо, испытуемые не отвлекаются, техническая схема длинна и методична, а эксперименты длятся достаточно долго, чтобы показать, что концепция возможна. Было очень трудно сделать эти системы достаточно быстрыми и надежными для практического использования в реальном мире.
Даже с имплантированными электродами другая проблема с попыткой чтения мыслей возникает из-за того, как устроен наш мозг. Мы знаем, что каждый нейрон и тысячи его соседей образуют невообразимо большую и постоянно меняющуюся сеть. Что это может означать для нейроинженеров?
Представьте, что вы пытаетесь понять разговор большой группы друзей на сложную тему, но вам разрешено слушать только одного человека. Возможно, вам удастся выяснить очень грубую тему того, о чем идет разговор, но определенно не все детали и нюансы всего обсуждения. Поскольку даже наши лучшие имплантаты позволяют нам прислушиваться только к нескольким маленьким частичкам мозга, мы можем делать некоторые впечатляющие вещи, но мы далеко не понимаем полноценного разговора.
Существует также то, что мы считаем языковым барьером. Нейроны общаются друг с другом посредством сложного взаимодействия электрических сигналов и химических реакций. Этот родной электрохимический язык можно интерпретировать с помощью электрических цепей, но это нелегко. Точно так же, когда мы говорим с мозгом, используя электрическую стимуляцию, это с сильным электрическим «акцентом». Это мешает нейронам понять, что стимуляция пытается передать среди всей другой продолжающейся нейронной активности.
Наконец, существует проблема ущерба. Ткань мозга мягкая и гибкая, в то время как большинство наших электропроводящих материалов - провода, соединяющие ткани мозга - имеют тенденцию быть очень жесткими. Это означает, что имплантированная электроника часто вызывает рубцевание и иммунную реакцию, что означает, что имплантаты со временем теряют эффективность. Гибкие биосовместимые волокна и массивы могут в конечном итоге помочь в этом отношении.
Со-адаптация, сожительство
Несмотря на все эти проблемы, мы с оптимизмом смотрим в наше бионическое будущее. BCI не должны быть идеальными. Мозг удивительно адаптивен и способен учиться использовать BCI таким же образом, как мы учимся новым навыкам, таким как вождение автомобиля или использование сенсорного интерфейса. Точно так же мозг может научиться интерпретировать новые типы сенсорной информации, даже когда она неинвазивно доставляется с использованием, например, магнитных импульсов.
В конечном счете, мы считаем, что «коадаптивный» двунаправленный BCI, где электроника обучается с мозгом и постоянно общается с мозгом в процессе обучения, может оказаться необходимым шагом для построения нейронного моста. Построение таких коадаптивных двунаправленных ИМЦ является целью нашего центра.
Мы также воодушевлены недавними успехами в целенаправленном лечении таких заболеваний, как диабет, с использованием «электрохимических препаратов» - экспериментальных маленьких имплантатов, которые лечат болезнь без лекарств, передавая команды непосредственно внутренним органам.
И исследователи обнаружили новые способы преодоления электрического-биохимического языкового барьера. Например, инъекционные «нейронные кружева» могут оказаться многообещающим способом постепенного роста нейронов вместе с имплантированными электродами, а не их отклонения. Гибкие зонды на основе нанопроволоки, гибкие нейронные каркасы и интерфейсы из стеклоуглерода также могут позволить биологическим и технологическим компьютерам успешно сосуществовать в наших телах в будущем.
От вспомогательного до повышающего
Новый стартап Элон Маск, Neuralink, имеет заявленную конечную цель - усовершенствовать людей с помощью ИМК, чтобы дать мозгу возможность подняться в продолжающейся гонке вооружений между человеком и искусственным интеллектом. Он надеется, что благодаря возможности подключения к нашим технологиям человеческий мозг сможет расширить свои собственные возможности - возможно, позволив нам избежать потенциального антиутопического будущего, в котором ИИ намного превзошел естественные человеческие возможности. Такое видение, безусловно, может показаться далеким или причудливым, но мы не должны отказываться от идеи только о странности. В конце концов, автомобили с самостоятельным вождением были отправлены в сферу научной фантастики еще полтора десятилетия назад - и теперь разделяют наши дороги.
ИМК может варьироваться по нескольким параметрам: независимо от того, взаимодействует ли он с периферической нервной системой (нервом) или центральной нервной системой (мозгом), является ли он инвазивным или неинвазивным, и помогает ли он восстановить утраченную функцию или расширяет возможности. (Джеймс Ву; адаптировано из Сакурамбо, CC BY-SA) В ближайшем будущем, поскольку интерфейсы «мозг-компьютер» выходят за рамки восстановления функций у людей с ограниченными возможностями и расширяют возможности трудоспособных людей за пределы их человеческих возможностей, мы должны четко осознавать множество вопросов, связанных с согласием, неприкосновенностью частной жизни, идентичностью, свободой воли и неравенством, В нашем центре команда философов, клиницистов и инженеров активно работает над решением этих этических, моральных и социальных вопросов справедливости и предлагает нейроэтические рекомендации до того, как область продвинется слишком далеко вперед.
Соединение нашего мозга напрямую с технологией может в конечном итоге стать естественным прогрессом в том, как люди на протяжении веков увеличивали себя с помощью технологии: от использования колес для преодоления наших двуногих ограничений до создания пометок на глиняных табличках и бумаге для увеличения наших воспоминаний. Подобно современным компьютерам, смартфонам и гарнитурам виртуальной реальности, расширенные BCI, когда они наконец появятся на потребительском рынке, будут волнующими, разочаровывающими, рискованными и в то же время полными надежд.
Эта статья была первоначально опубликована на разговор.
Джеймс Ву, доктор философии Студент в области биоинженерии, научный сотрудник Центра сенсомоторной нейронной инженерии Вашингтонского университета
Раджеш П.Н. Рао, профессор компьютерных наук и инженерии и директор Центра сенсомоторной нейронной инженерии, Вашингтонский университет
