Пойманная мысль - Oleg Senkov

Пойманная мысль
by Oleg Senkov
Что такое мысль? В каких дебрях мозга она рождается и где умирает? Как из
мыслей формируются отлаженные команды сотням мышцам? Эти вопросы вот уже
не одну тысячу лет волнуют лучшие умы планеты. Кажется, в этот ноябрь ученые
(см. также новость «Мысли по электроду» в сегодняшней ЭВРИКЕ) подобрались
как никогда близко к ответам на эти вопросы.
Экспериментальная ловушка
15-го числа сего месяца все PR-агентства облетела сенсационная новость –
впервые нейрофизиологам удалось завлечь в экспериментальную ловушку самую
неуловимую субстанцию - мысль, более того, заставить эту мысль работать вне
мозга, породившего ее.
Группа исследователей из университета Дюка (www.duke.edu) смогли,
используя вживленные электроды, вычленить и перекодировать команды мозга
обезьяны в сигналы, которые понимала машина, рука-робот. Стоило нашему
лохматому предку мысленно захотеть взять сочный апельсин, как рука, получая
сигнал с моторной области коры обезьянки, выполняла команду за нее. Ученым
даже удалось передавать сигналы мозга через Интернет и дистанционно
управлять роботом. Обезьянка находилась в лаборатории дюкавского
университета, что в городе Дурхам, штата Северной Каролины, а управляла
полуавтоматической рукой в Массачусетском Технологическом институте, за 600
миль от Дурхам. Данные передавались по обычному протоколу Интернет – TCP/IP
в реальном времени.
Как утверждают исследователи, такая система могла бы помочь полностью
парализованным больным людям управлять без посторонней помощи, только
одной мыслью, движением каталок, включением и выключением домашних
приборов, открыванием и закрыванием дверей, даже набивать текст на
компьютере и отсылать его по электронной почте. То, что ученым удалось из
многомиллиардной какофонии нервных импульсов мозга поймать лишь те,
которые формируют законченные команды-мысли, и расшифровать их, это
большой прорыв в мировой Neuroscience.
Совиные обезьянки
Профессор нейробиологии Мигуэль Николелис (Miguel Nicolelis) с коллегами
протестировал свою первую «приматную» систему биолого-машинного
интерфейса на двух совиных обезьянках (см. фото). Ранее такие эксперименты
ставились только на крысах, да и то, в упрощенном варианте.
В моторную область коры (проецируется, примерно, на макушку черепа)
примат были вживлены на два года несколько матриц (зондов) с электродами.
Каждая матрица вмещала ровно 96 электродов и была в диаметре тоньше
человеческого волоса. Благодаря такой конструкции зонды могли считывать
информацию с одиночных нейронов коры и передавать независимые друг от друга
нейрональные сигналы на компьютер, где по специальному математическому
алгоритму программа занималась расшифровкой уже оцифрованных обезьяньих
мыслей. Дальше «цифира» опять преобразовывалась ЦАП-ом в аналоговые
сигналы-команды, и уже они управляли работой прецизионных серводвигателей
металлической руки.
Результаты первых экспериментов
По результатам экспериментов ученые сделали несколько немаловажных
выводов. Например, то, что мозговая программа траектории движения руки до
предмета (в нашем случае, до сочного апельсина) и последовательность
сокращения мышц фалангов пальцев и кисти руки при хватании предмета
формируются не в одной какой-то области моторной коры мозга, не группой
нейронов, а динамически всей корой. То есть, например, когда мы трем,
покрасневший от холода, нос, и даже когда это делаем не осознанно,
автоматически, в этом, казалось бы, нехитром процессе задействована вся
моторная кора, и никак не меньше.
На первый взгляд это кажется очень не выгодным решением матушкиприроды, - и простые (ковыряние в носу) и сложные задачи (например, игра в
футбол или теннис) программируются всей совокупностью нейронов моторной
коры. Но, подчеркну, лишь на первый взгляд. На самом деле, нет ничего более
совершенного и мудрого в природе, чем подобное решение. Поясню поподробнее.
Наверное, каждый замечал за собой, уважаемый читатель, что одновременно
существовать двух мыслей в одной голове не может. Если же такое имеет место
быть, то это патология, расщепление сознания, или шизофрения. Надеюсь, у вас
этого нет. Такой феномен (один мозг – один логический процесс в заданное
время) как раз и отражает главное свойство мозга – любая задача разбивается на
бесконечное множество подзадач, которые решаются параллельно всей системой,
тем самым достигается сверхбыстрая реализация конечного решения в один
операционный цикл, а не в несколько последовательных циклов. Данное свойство
нейросетей уже давно нашло практическое применение в вычислительной технике
и в технологии управления большими корпорациями. Сейчас во всем мире все
больше пользуется популярностью парадигма, или концепция, распределенного
вычисления. Сегодняшние нейроподобные процессоры для компьютеров и
многопроцессорные сетевые серверы тому пример. И это только начало.
Распределенное вычисление мозга оказывается более удачным решением
природы и когда речь идет о травмах и повреждениях отдельных областей мозга.
Вся сеть нейронов способна очень быстро перестроиться и компенсировать
«рухнувший» участок мозга. Медицине известны случаи, когда после тяжелейших
черепно-мозговых травм, с повреждением очень важных функциональных зон
мозга, люди поправлялись, а утраченные функции (речь, способность к
абстракции, внимание и т.д.) частично или полностью восстанавливались.
В планах
В дальнейших планах у исследователей – использовать обратную визуальную
или тактильную биологическую связь животных с роботом-рукой. Это даст
возможность оценить насколько мозг обезьянок способен адаптироваться к
изменениям во внешней среде. Если, к примеру, животное успешно справилось с
задачей – взяло искусственной рукой апельсин, но не оценило правильно
траекторию движения схваченного фрукта в рот и промахнулось, сможет ли в
следующую попытку мозг, проанализировав ошибку, сделать то же самое более
точно.
Понимание того, как мозг умеет адаптироваться, подстраиваться под
различные задачи, пластически видоизменяться – это будет следующей задачей
дюкавских исследователей в погоне за самой неуловимой субстанцией нашего
бытия – мыслью. Что ж, удачной охоты…