Нейроинтерфейс или «интерфейс мозг-компьютер» (сокращенно BCI, от англ. Brain-Computer Interface) — это неоспоримое будущее. Что может быть совершеннее управления компьютером силой мысли? Или того круче — передачи всего спектра «ощущений» с компьютера прямо в мозг? С другой стороны, сложно поверить, что такая технология сегодня возможна за пределами научной фантастики. Но на деле подобные штуки разрабатываются уже около пятидесяти лет и сегодня близки к практическому применению. В этом материале мы разберемся, как придумали нейроинтерфейсы и как далеко технология продвинулась сейчас.
Первые опыты с «мозговым интерфейсом» начались еще в начале XX века
Впервые серьезно изучать сигналы человеческого мозга в 1924 году начал немецкий психиатр Ганс Бергер. А вдохновило его открытие британского психиатра Ричарда Кантона — тот аж в 1875 году доказал наличие электрических импульсов на поверхности мозга кроликов и обезьян. Поначалу Бергер «вставлял» серебряные провода под кожу на черепе своих пациентов, но вскоре варварства в его опытах стало меньше — на голову исследуемых стали надевать шапки из фольги, перемотанные эластичными бинтами.
Само собой, данные ученый получал не самые точные, но именно Бергер впервые определил и описал ритмы работы человеческого мозга. Однако то, чем он занимался, это всего лишь ранние примеры электроэнцефалограммы — замера колебаний напряжения в нейронах головного мозга. Да и ни о каких компьютерах Бергер, само собой, не думал. Но начало было положено — научный мир понял, что электрические сигналы мозга действительно можно фиксировать, а значит, с этими данными можно что-то делать. С тех пор подобные эксперименты регулярно проводились на лабораторных животных.
Первым примером практического применения нейроинтерфейса стал экспериментальный музыкальный проект 1965 года
Организовал странный концерт американский композитор-экспериментатор Элвин Лусье. Он всю свою жизнь посвятил расширению музыкальных горизонтов и его «Музыка для одного исполнителя» стала одной из главных работ маэстро. Выступление начиналось с того, что неподвижно сидящему Элвину к голове подсоединили электроды. Они в свою очередь были подключены к усилителям и машинам для «очистки» сигнала. В результате с помощью альфа-волн собственного мозга Лусе играл на акустических ударных инструментах. Эффект получался не слишком музыкальным, но все равно впечатляющим. Позже Элвин возвращался к этому эксперименту и у него нашлись даже подражатели!
Первые мозговые имплантаты появились еще в конце 60-х, благодаря экспериментам Хосе Дельгадо
«
Испанский нейробиолог Дельгадо вообще внес огромный вклад в развитие психиатрии и изучение мозга, но этическая сторона его опытов вызывала вопросы даже в середине прошлого века. Дельгадо больше интересовался не передачей информации от мозга к машине, а наоборот — он изучал воздействие на мозг с помощью имплантатов. Ученый был уверен, что с помощью электрических и радиосигналов, точечно направленных в определенные участки мозга, можно управлять поведением живых существ. И ведь оказался прав!
Так, в 1968 году он продемонстрировал, как разъяренный бык по команде с радиопульта просто останавливается и бездействует. То есть речь не просто о «смене настроения» животного, а именно о четких действиях по команде и точном выполнении приказа.
С помощью электрических импульсов, подаваемых в мозг, ученый вызывал у животных агрессию или спокойствие, даже заставлял участников стаи нападать друг на друга. Опыты Дельгадо ставил на многих животных, но больше всего результатов дало изучение обезьян. (С людьми Дельгадо, впрочем, тоже немного экспериментировал — помощью мозговых стимуляций он рассчитывал лечить психические заболевания вроде шизофрении).
И какими бы спорными не были его работы, лучше понять человеческий (и не только) мозг они помогли и сильно продвинули развитие интерфейсов BCI. Хотя в свое время у методов ученого были очень ярые противники, которые сравнивали его эксперименты с лоботомией и другими сомнительными методиками по изучению мозга тех лет. При этом он сам уже с ранних семидесятых больше занимался изучением передачи информации в мозг без электродов и чипов. За это, кстати, некоторые медиа в разгар холодной войны обвиняли его в разработке технологий для контроля сознания. Впрочем, сам Дельгадо под конец своей научной карьеры выражал сомнение, что такое вообще возможно.
В 1973 году родился сам термин BCI, но следующий прорыв случился только в конце восьмидесятых
Термин «интерфейс мозг-компьютер» предложил бельгийский исследователь Жак Видаль в своей статье, описывающей, что это это вообще за явление — тогда он поэтично описал его как «диалог человека с машиной». И он же в 1977 году впервые смог «силой мысли» кое-как управлять курсором на экране.
Самой сложной задачей на протяжении семидесятых и восьмидесятых годов была расшифровка сигналов мозга. Ученые неплохо научились их снимать, но вот точно интерпретировать эти данные для практического использования было проблемно. Продвинуться вперед во многом получилось благодаря опытам ученого Апостолоса Георгопулоса в университете Джона Хопкинса — ученый на протяжении нескольких лет изучал активность одиночных нейронов в коре головного мозга макак.
Ну а в конце десятилетия — в 1988 году — случилось сразу два важных события. Группа исследователей под руководством хорватского ученого Стево Бозиновского впервые смогла с помощью мозговых альфа-волн управлять роботом. А американские исследователи Фарвелл и Долчин представили устройство P300-Speller. Оно позволяло силой мысли набирать текст на компьютере — хоть и очень-очень-очень долго. Но главное, что потенциал интерфейсов мозг-компьютер был продемонстрирован наглядно.
На протяжении 90-х годов технология продолжала совершенствоваться и к концу десятилетия наконец-то выглядела применимой в реальной жизни
Исследователи все точнее расшифровывали сигналы мозга, но помогли и чисто технологические скачки. Например, изобретение в 1990 году гибких электродов с тонкими иглами, а в 1994 впервые были представлены внешние электроды способные работать на сухой коже — подопытным даже волосы не надо было сбривать!
Одако поворотным для нейроинтерфейсов стал 1996 год. Невролог Филлип Кеннеди изобрел так называемый «нейротрофический электрод» — нейроимплант, запустивший новую эру интерфейсов мозг-компьютер. В 1998 году такой электрод был вживлен первому, полностью парализованному пациенту, который сумел силой мысли двигать курсор на экране компьютера и достаточно ловко набирать текст. Но,несмотря на инновационность, была у имплантата и серьезная проблема — размеры. Довольно крупный чип было сложно аккуратно разместить на поверхности мозга — во время его установки были реальные шансы повредить мозг или вызвать внутреннее кровотечение. Да и много таких чипов из-за размера не установишь, к тому же данные снимались с больших групп нейронов, что вредило точности эксперимента. И все это не считая того, что нейротрофический электрод нужно было «подгонять» под конкретного человека — это было далеко не серийное устройство. Но прорывное.
Не менее прорывное событие произошло в 2000 году. Тогда американскому ученому Уильяму Добиллю удалось частично вернуть зрение (если точнее — «ощущение света») полностью ослепшему пациенту. Подопытный даже смог прокатиться по парковке на автомобиле. Изображение передавалось прямо в мозг с камеры, встроенной в очки — эксперимент первый в своем роде, но впоследствии похожих было еще много.
После невероятных прорывов девяностых, развитие технологии пошло эволюционным путем
Потому что ничего радикально нового было уже сложно придумать. Можно привести примеры сотен опытов, в которых обезьян учили управлять роботической рукой, а мышей сигналами водили по лабиринту, но суть оставалась все та же — мозговую активность можно считать либо с помощью внешних электродов, либо мозговым имплантом. Экзотические истории, вроде игры в Pong силой мысли с помощью аппарата для МРТ (и такое бывало), мы рассматривать не будем. Первый способ сейчас больше похож на баловство, но он хоть в каком-то виде добрался до потребителей — свои «нейрошлемы» сегодня продают уже многие производители экзотических устройств. Впрочем, сразу надо сказать: толку от них пока мало — они либо собирают абстрактную информацию о работе мозга, либо дают поиграть в простенькие игры, где управление осуществляется контролем внимания.
Вживлять чипы прямо в мозг ученые тоже продолжают — этим занимаются многие компании и институты, но все внимание сейчас приковано к Neuralink Илона Маска. И заслуженно — у них самые понятные и наглядные результаты — недавно вон мартышка в Pong играла силой мысли и делала это очень-очень ловко! Компания была основана еще в 2016 году, но публично она о себе заявила только в 2019-м.
Чип Neuralink — самый маленький в истории. Для его имплантации в мозг даже не требуется операция: все производится с помощью небольшой медицинской иглы. При этом установкой занимается специально разработанный робот, который «видит» мельчайшие кровеносные сосуды и даже анализирует их движение во время сердцебиения, чтобы свести к нулю шанс повреждения при установке. Почти все сдерживающие развитие нейротехнологий проблемы в разработках Neuralink решены, так что следим за развитием событий: тем более что компания уже даже получила разрешение на опыты над людьми.
Ну и зачем все это нужно?
В первую очередь нейроинтерфейсы интересны для медицины. Мозговые имплантаты уже давно применяют в терапии таких непростых недугов как болезнь Паркинсона. Также нейроинтерфейсы сегодня плотно связаны с высокотехнологичным протезированием — да и лечение слепоты с их помощью тоже все еще изучается. Даже сам Илон Маск говорит, что главная задача Neuralink — лечить и улучшать человеческий мозг. Заметные улучшения он, кстати, обещает уже к 2030 году, так что будем ждать.
Нейроинтерфейсы могут пригодиться и в повседневной жизни, хотя бы для банального управления смартфоном. Другая достойная сфера — дополненная реальность. Так, концепт браслета, считывающего сигналы, поступающие из мозга в запястье уже был показан на конференции Facebook в прошлом году. И это далеко не самый футуристичный пример!
В будущем нейроинтерфейсы могут избавить AR от тех же очков и линз. Теоретически дополнительную информацию об окружении можно передавать напрямую в мозг — заставить нашу собственную голову дорисовывать что-то поверх увиденного глазами. А если до этого дойдет, то уже недалеко и до самой фантастической виртуальной реальности — с подключением через штекер в шее, как в «Матрице», без всяких там шлемов.
Интересны нейроинтерфейсы и игровой индустрии. Так, достоверно известно, что темой плотно занимаются в Valve — об этом не так давно прямо говорил сам Гейб Ньюэлл. Причем в компании на возможности использования технологии смотрят куда шире (и реалистичнее) принципа «персонаж стреляет в ту точку, о которой ты подумал». Компания рассуждает о возможности обмена между игроком и игрой невербальной информацией, как при живом общении. Грубо говоря, игра будущего сможет понимать, как вы себя чувствуете и как именно играете — и молниеносно на это реагировать.
Нас ждет любопытное будущее! Впрочем, ждать его все равно еще долго. Несмотря на невероятный прогресс нейроинтерфейсов, мы даже собственный мозг изучили пока что очень поверхностно, так что работы предстоит еще много.
Денис Майоров