Нейроинтерфейс

BCI (нейроинтерфейсы) предоставляют двунаправленную коммуникацию между мозгом и внешними устройствами, которые могут притворить намерение пользователя в действие.

Методы, решения и вопросы

Среди разных методов визуализации мозга, используемых для работы BCI, электроэнцефалограмма (ЭЭГ) представляет собой наиболее предпочтительный метод. ЭЭГ позволяет отслеживать мозговую активность неинвазивно, то есть никак не внедряясь в мозг. Нейроинтерфейсы, основанные на ЭЭГ (eBCIs), потребуют некоторого количества технологических достижений прежде, чем их можно будет широко применять. Не менее важно то, что возрастет разнообразие социальных, этических и юридических вопросов.

Такие нейроинтерфейсы позволяют человеку контролировать внешнее устройство, что было бы удобно для пациентов, нуждающимся в контроле инвалидных колясок, к примеру. Однако в то же время, использование eBCIs может повлиять на то, как функционирует мозг.

Помимо возможных психологических побочных эффектов, мы встречаемся и с проблемой интеллектуальной собственности. Частные компании, которые занимаются разработкой eBCIs, могут завладеть личными нейронными данными пользователей. «Получается довольно тревожная картина, ведь нейронная информация — наиболее интимные и приватные данные, которые есть у любого пользователя».

По большей части, несмотря на диагностическую ценность, данные ЭЭГ могут быть использованы для предоставления эмоционального и когнитивного состояний, что в свою очередь позволит заглянуть внутрь человеческих намерений, предпочтений и эмоций.

Инвазивные интерфейсы

Нейрокружево

Neuralink

Малоинвазивные интерфейсы

Квантовая вакцина

Неинвазивные интерфейсы

Электроэнцефалограмма

Регистрировать биопотенциалы мозга прямо с кожной поверхности головы нейрофизиологи научились почти 100 лет назад. Это всем известный метод электроэнцефалографии, или ЭЭГ. Но ЭЭГ — это усредненные значения электрической активности сотен тысяч нервных клеток. Это, если хотите, как сигнал микрофона над многолюдным митингом. Тем не менее, даже если не слышно отдельных голосов, характеристики голосового шума могут подсказать состояние толпы, определить, агрессия ею правит или веселье. На этом основании метод ЭЭГ широко используется для диагностики, например, патологических состояний мозга и вообще для исследований механизмов мозга.

Намерения к движению рук и ног действительно удается определять по характерным изменениям в ЭЭГ. Их можно научиться автоматически детектировать и превращать в команды для исполнительных устройств, заранее договорившись с оператором, что, например, намерение к движению левой руки выключает свет, а правой руки — включает телевизор. Вот вам и нейрокомпьютерный интерфейс.

До чтения мыслей ЭЭГ-нейроинтерфейсам так же далеко, как до расшифровки межнейронных кодов. «Подсмотреть», как на ЭЭГ будут выглядеть сигналы мозга, если речь идет не о движениях тела, а о каких-то объектах, например о фруктах, об автомобилях и т. д., оказалось практически непосильной задачей.

МРТ

Наибольший результат приносит метод МРТ: американские исследователи Джек Галлант и Синдзи Нисимото из Университета в Беркли еще в 2011 году показали, что по картам распределения мозгового кровотока можно распознавать не только задуманные испытуемым простые объекты, но и кадры фильма, которые он просматривает в данный момент. Аналогичным образом тот же Галлант в 2016-м построил семантическую карту мозга, согласно которой две трети мозга, как оказалось, «расписаны» под слова 12 смысловых категорий. Иначе говоря, было показано, что словам каждого определенного смысла, например «еда», «родительские отношения» и т. д., соответствует уникальная схема активации областей головного мозга. Это значит, что по картам активации областей мозга можно судить, какая именно в данный момент семантическая категория используется мыслительным процессом. Но, очевидно, саму мысль такой технологией поймать не удастся.

Программы DARPA

Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA)объявило о том, что их программа «Нехирургических нейротехнологий следующего поколения» или N3 (Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology) выделила финансирование шести группам на создание неинвазивных интерфейсов «мозг-компьютер», которые будут осуществляться без хирургического вмешательства.

Программа DARPA очень амбициозна: сделать так, чтобы просто надев шлем или наушники, солдаты могли командовать центрами управления, не прикасаясь к клавиатуре; интуитивно управлять дронами с помощью мысли; даже чувствовать вторжения в защищенную сеть. Хотя технология звучит футуристично, DARPA планирует сделать это за четыре года.

Чтобы обеспечить будущие неинвазивные интерфейсы мозг-машина, исследователи N3 работают над разработкой решений, которые решают такие проблемы, как физика рассеяния и ослабления сигналов при прохождении через кожу, череп и ткани головного мозга, а также разрабатывают алгоритмы для декодирования и кодирования нейронных сигналов, которые представлены другими модальностями, такими как свет, акустическая или электромагнитная энергия.

Группа The Battelle, возглавляемая доктором Гауравом Шармой, стремится разработать малоинвазивную интерфейсную систему, которая соединяет внешний трансивер с электромагнитными нанотрансформаторами, которые нехирургически доставляются к нейронам, представляющим интерес. Нанотрансформаторы преобразуют электрические сигналы от нейронов в магнитные сигналы, которые могут быть записаны и обработаны внешним трансивером, и наоборот, чтобы обеспечить двунаправленную связь.

Команда Университета Карнеги-Меллон под руководством доктора Пулкита Гровера стремится разработать полностью неинвазивное устройство, которое использует акустооптический подход для записи из мозга и интерферирующих электрических полей для возбуждения конкретных нейронов. Команда будет использовать ультразвуковые волны для «проведения» света в мозг и из него для детектирования нейронной активности. Подход команды использует нелинейную реакцию нейронов на электрические поля, чтобы обеспечить локализованную стимуляцию определенных типов клеток.

Команда Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса под руководством доктора Дэвида Блоджетта стремится разработать полностью неинвазивную когерентную оптическую систему для записи активности мозга. Система будет непосредственно измерять оптические изменения длины пути в нервной ткани, которые коррелируют с нейронной активностью.

Команда PARC, под руководством Кришнан Тьягараджан, стремится создать совершенно неинвазивные акустико-магнитные устройства для записи в мозг. Их подход объединяет ультразвуковые волны с магнитными полями для генерации локализованных электрических токов для нейромодуляции. Гибридный подход предлагает потенциал для локализованной нейромодуляции в глубине мозга.

Команда Университета Райса, возглавляемая доктором Джейкобом Робинсоном, стремится разработать мелкоинвазивную, двунаправленную систему для чтения активности мозга и передачи сигналов в него. Для функции записи интерфейс будет использовать диффузную оптическую томографию для считывания нейронной активности путем измерения рассеяния света в нервной ткани. Чтобы включить функцию передачи, команда будет использовать магнито-генетический подход, чтобы сделать нейроны чувствительными к магнитным полям.

Команда Teledyne под руководством доктора Патрика Коннолли стремится разработать полностью неинвазивное интегрированное устройство, которое использует микроскопические магнитометры с оптической накачкой для обнаружения небольших локализованных магнитных полей, которые коррелируют с нейронной активностью. Команда будет использовать сфокусированный ультразвук для возбуждения нужных нейронов.

Программы замены антидепрессантов

Международное коммуникационное агентством Dentsu подготовило большой доклад. В нем они осветили то, как мир может измениться в ближайшие десять лет. Тенденция очевидна: мы будем всё больше интегрироваться с новыми технологиями, чтобы «проапгрейдить» свою жизнь — и нейрокомпьютерные интерфейсы кажутся наиболее яркой и многообещающей перспективой.

Авторы исследования выяснили, что каждый третий человек пошел бы на незначительную операцию по улучшению своего психического здоровья, включая установку чипа в мозг.

Так выглядит нейрочип

Исследование Калифорнийского университета в Сан-Франциско, опубликованное в этом году в журнале Nature Medicine, показало, что электрическая стимуляция может оказывать глубокий антидепрессивный эффект. Но только в том случае, если последовательность электрических импульсов составлена индивидуально для каждого пациента и учитывает его настроение и специфические симптомы.

«Я перепробовала буквально всё и первые несколько дней немного волновалась, что ничего не получится, — рассказала волонтер исследования, 36-летняя женщина с тяжелой депрессией. — Но как только они нашли нужную точку, я будто превратилась в телепузика. Мне стало так хорошо, что захотелось хихикать, хотя повода для этого не было».

Китайская индустрия нейрокомпьютерных интерфейсов развивается стремительно, и 2020 год принес отличные новости: государственная больница в Шанхае начала применять методы нейромодуляции для лечения пациентов с депрессией. Врачи вживляют им в мозг чипы-электроды. «С помощью минимально инвазивной операции мы установим чипы в головной мозг пациентов. После этого мы все проанализируем с помощью искусственного интеллекта, — и начнем электрическую стимуляцию», — объясняет директор госпиталя по функциональной нейрохирургии.

Противодействия

Поправка к статье 19 Конституции Чили.

Когда технореальность выходит за рамки научной фантастики, бывший президент Чилийской Республики Себастьян Пиньера (недавние выборы в марте 2022 года отстранили его от должности) выступил с инициативой предложить и принять закон, затем изменить Конституцию своей страны, приняв законы о «нейроправах» (нейродерехос) или правах на мозг. Конституционная поправка была обнародована 14 октября прошлого года, и добавления нового абзаца из нескольких строк в статью 19 достаточно, чтобы сделать Чили пионером в защите «прав на мозг», заявив, что "Научно-техническое развитие служит людям и должно осуществляться с уважением к жизни, физической и психической неприкосновенности. Закон регулирует требования, условия и ограничения его применения у людей и должен, в частности, защищать мозговую деятельность, а также получаемую от нее информацию.