Революция интерфейсов «мозг-компьютер» только начинается
Будь то проникновение в Матрицу или превращение в Наави в «Аватаре», подключение мозга к компьютерам — это научно-фантастический образ, который, как я никогда не думал, станет реальностью. Но все чаще BCI (интерфейсы «мозг-компьютер») становятся серьезной областью исследований в исследовательских лабораториях, быстро переходя от исследовательских лабораторий к реальным испытаниям на людях — возможно, наиболее известные из них — компания Илона Маска Neuralink.
Хотя это обещает людям с ограниченными возможностями большую степень свободы и контроля, а также потенциальное применение в играх и здравоохранении, остаются серьезные технические, этические и нормативные проблемы. Но чем больше я углублялся в эту тему, тем больше я находил лидеров и исследователей, которые воспользовались случаем, чтобы ответственно вести нас в будущее этой революционной технологии.
Что такое интерфейс мозг-компьютер?
Начнем с самого начала. Короче говоря, BCI — это устройства, которые устраняют разрыв, по сути, переводя, между аналоговыми электрическими сигналами вашего мозга и внешними цифровыми машинами.
«Обходя традиционные каналы связи для различных задач (например, зрения, движения и речи), BCI связывает электрическую активность мозга и внешний мир, чтобы расширить возможности человека во взаимодействии с физической средой», — исследование 2023 года, проведенное журналом Brain Inform. читает. «BCI обеспечивает немышечный канал связи и облегчает сбор, манипулирование, анализ и перевод сигналов мозга для управления внешними устройствами или приложениями».
Раннее развитие BCI фактически началось еще в 1920-х годах с появлением электроэнцефалограммы (ЭЭГ) — теста, в котором электроды используются для усиления, а затем измерения электрической активности в мозге. Однако современные BCI возникли в 1970-х годах благодаря работе доктора Жака Видаля из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе при финансовой поддержке Национального научного фонда и DARPA. Он также был первым исследователем, придумавшим термин «интерфейс мозг-компьютер».
За последние полвека BCI нашли клиническое применение в различных приложениях: от картирования внутренней работы мозга до улучшения когнитивных функций и двигательных навыков человека . BCI даже используются для восстановления физической подвижности у пациентов, страдающих от травм и заболеваний, таких как БАС или инсульт ствола мозга, или у людей, которые «заперты» — когнитивно неповреждены, но без полезной мышечной функции.
Потенциал невероятно захватывающий, но, как вы можете себе представить, исследователям этой технологии приходится сталкиваться с некоторыми, казалось бы, непреодолимыми проблемами.
Неинвазивные ИМК
Вы можете предположить, что все современные интерфейсы «мозг-компьютер» подразумевают хирургическое вмешательство на головном мозге, но на самом деле эта технология существует во многих формах, в зависимости от того, насколько близко к серому веществу пользователя расположено устройство. Существуют совершенно неинвазивные методы, с которыми мы все знакомы, такие как ЭЭГ и МРТ, которые просто отслеживают и записывают активность мозга. Кроме того, существуют методы, которые классифицируются как «частично инвазивные» эндоваскулярные ЭЭГ , при которых используется катетер для доставки электродов в мозг без необходимости открытой операции на головном мозге.
Неинвазивные BCI улавливают электрические импульсы мозга через череп и кожу головы пациента и передают их непосредственно на внешнее устройство. Хотя это звучит привлекательно, поскольку не требует хирургического вмешательства на головном мозге, технология изобилует проблемами.
Например, одной из самых больших проблем с BCI, носящимися снаружи, является их низкое соотношение сигнал/шум. Это означает, что улавливаемые электрические импульсы часто смешиваются с помехами от черепа и кожи головы, что затрудняет точное декодирование сигналов мозга. Декодирование этих сигналов еще более осложняется сложными нейронными структурами мозга, которые требуют сложных алгоритмов и значительных вычислительных ресурсов для надежной интерпретации.
Я поговорил с доктором Джейн Хаггинс, директором Лаборатории прямого взаимодействия мозга Мичиганского университета , чтобы лучше понять проблемы, связанные с BCI, наблюдаемыми сегодня.
«Давайте составим список того, что влияет на вашу мозговую деятельность… ну, может быть, давайте составим список того, что не влияет, потому что это будет более короткий список», — пошутил Хаггинс. «Все, от того, что пациент видит в данный момент, до количества света в комнате, от того, что он только что съел на обед, до его эмоционального состояния, — все может влиять на амплитуду сигналов и сложность происходящего. Трудно выбрать те кусочки, которые вам нужны».
Между тем, с точки зрения комфорта и удобства использования, неинвазивные ИМК могут быть неудобными для ношения в течение длительного времени из-за громоздких электродов и гарнитуры.
Именно поэтому идея инвазивных мозговых имплантатов стала будущим того, куда движется эта технология, будущим, которое в 2024 году стремительно наступило в настоящее, как никогда раньше.
Прямой доступ к мозгу
Имплантируемые BCI принимают импульсы непосредственно из мозгового вещества, в котором находится чип, и преобразуют их в команды. Затем он по беспроводной сети передает эти командные сигналы на внешнее устройство, которое их выполняет.
Доктор Хаггинс утверждает, что, хотя некоторым людям всегда будет не по себе идея имплантации устройства в мозг, в долгосрочной перспективе это наиболее удобный вариант.
«Люди склонны называть имплантированные ИМК «инвазивными», — сказала она мне. «Конечно, если вы имплантируете BCI, потребуется хирургическое вмешательство, и это может быть довольно серьезная операция». С другой стороны, Хаггинс сравнивает это с операцией на искусственном бедре, которую ей сделали пару лет назад. Инвазивная хирургия? Да. Но в повседневной жизни о них можно вообще забыть.
Во-первых, имплантированные BCI не требуют 10–20-минутной настройки, необходимой для ежедневной эксплуатации. Они также не требуют зарядки и очистки, как это делают внешние BCI. Хаггинс утверждал, что будущие устройства BCI смогут предложить преимущества как наружного, так и имплантированного BCI, аналогично тому, как работают сегодняшние кохлеарные имплантаты.
«Если бы вы могли вживить эти электроды ЭЭГ под кожу головы, вам не пришлось бы надевать и снимать их каждый день, и они были бы невидимы».
Более того, основы технологии существуют дольше, чем вы можете предположить. Прошли десятилетия с тех пор, как людям были установлены первые нейропротезы, и эта область продолжает расширяться быстрыми темпами.
Это привело нас туда, где мы находимся сегодня: первые пациенты получили имплантированные чипы. После шестилетнего исследования и получения одобрения FDA в 2023 году Neuralink начала клинические испытания своего первого имплантируемого чипа, завершив операцию в январе 2024 года на своем первом пациенте.
Всего через пару месяцев Neuralink опубликовал обновление, в котором показано, как пациент управляет ноутбуком, чтобы играть онлайн только с помощью мозга, что он сравнил с «использованием Силы на курсоре».
К настоящему времени исследование BCI Neuralink обнаружило второго пациента , в то время как первый перешел от игры в шахматы к игре в Civilization VI .
Neuralink привлекает всеобщее внимание благодаря своему высокопоставленному основателю, но она далеко не единственная. Компания Synchron из Бруклина, Нью-Йорк, которая разрабатывает устройство, которое можно безопасно имплантировать в кровеносные сосуды головного мозга, в прошлом году начала клинические испытания на шести пациентах . BrainGate, исследовательский коллектив, объединивший университеты США, в 2021 году внедрил первый в мире беспроводной широкополосный BCI. С другой стороны, Blackrock Neurotech со штаб-квартирой в Солт-Лейк-Сити, штат Юта, проводит испытания на людях Юта использует BCI уже более двух десятилетий, и за это время FDA не сообщило ни одного «серьезного неблагоприятного события».
В этих приложениях устройства позволяют пользователям эффективно обходить поврежденные и не реагирующие конечности, напрямую управлять внешними устройствами силой мысли и выполнять действия, не завися от здоровых людей , что значительно улучшает качество их жизни. Эта технология уже произвела революцию в ряде областей исследований, включая развлечения и игры , промышленную автоматизацию , образование и нейромаркетинг .
Постоянные проблемы
Хотя имплантированные BCI кажутся будущим в этой области, они, безусловно, сопряжены со своими проблемами. Например, даже при использовании имплантированных BCI, которые обеспечивают более высокое качество сигнала, долговременная стабильность остается проблемой. Эти устройства могут со временем разрушаться из-за реакций биологических тканей или механических неисправностей, что ограничивает их удобство использования и срок службы при непрерывном использовании.
Имплантированный BCI также не преодолевает препятствия, связанные со всем необходимым обучением и калибровкой, что представляет собой серьезную проблему для технологии BCI. Пользователям часто требуется обширная практика, чтобы получить эффективный контроль над этими устройствами, что делает этот процесс трудоемким, а иногда и разочаровывающим, как объяснил доктор Хаггинс.
У Neuralink есть в разработке приложение, которое поможет в этом процессе, помогая пациентам тренировать свой разум, чтобы лучше управлять цифровыми устройствами, которое уже было протестировано на обезьянах.
Помимо удобства и стоимости, этические последствия этой технологии и ее конфиденциальность создают серьезные проблемы для дальнейшего развития BCI. Данные, генерируемые BCI — наши эмоции, намерения и мысли — по своей сути носят личный характер и повышают риск того, что такие данные могут быть непреднамеренно собраны и использованы не по назначению.
Внедрение BCI также создает проблемы с автономией, согласием и доступностью. Что может помешать кому-то быть вынужденным использовать BCI против своей воли или без полного понимания его последствий?
«Я не могу придумать ничего страшнее, чем когда кто-то решит за вас, что вы хотите имплантировать BCI, и вставит его вам», — сказал Хаггинс. «И нельзя задавать вопросы о том, что происходит, или высказывать свое мнение».
То же самое относится и к использованию систем искусственного интеллекта и машинного обучения для помощи пациентам с ИМК. «Мы можем объединить множество [функций] искусственного интеллекта и BCI, но это начинает поднимать те же вопросы, с которыми вы сталкиваетесь при любом виде доли и контроля: кто решает? Что будет сказано?»
«И это возвращается к этическим вопросам, о которых мы говорили ранее о самоопределении. Если у вас есть кто-то, чьи способности ухудшаются (например, пациенты с БАС), есть ли баланс? Изменится ли этот баланс со временем? Или я просто сдамся и позволю ИИ автоматически завершать мои предложения?»
Это серьезные проблемы на будущее, даже если мы еще далеки от того, чтобы действительно столкнуться с ними.
«Я могу определить это только с точностью 90%, а в хороший день, может быть, с точностью 95%. В плохой день вы можете опуститься как можно ниже. Но это тот, кто активно и добровольно пытается донести послание».
Хаггинс стремится преодолеть одну из самых больших проблем будущего BCI: страх и заблуждения.
«Это пугает многих людей», — признал Хаггинс. «Однажды меня спросили, может ли правительство читать их мысли со спутников. И я подумал: «Ну, вы знаете, мне трудно дать правильный ответ, когда у меня в лаборатории сидит кто-то, кто позволяет мне надеть эту гарнитуру и активно пытается обратить внимание на клавишу на клавиатуре». Не беспокойтесь о том, что люди читают ваши мысли со спутников».
Заглядывая в светлое будущее BCI
Конечно, исследователи BCI сталкиваются со значительными трудностями при доведении этой революционной технологии до широкой публики, возможно, не более серьезной, чем управление ожиданиями. Хаггинс отмечает, что ее коллеги, работающие с исследованиями имплантированных препаратов, проходят очень строгий процесс, чтобы убедиться, что участники этих исследований понимают, каков план, а также реалистично понимают преимущества и риски.
Те же самые любезности редко оказываются широкой публике, которую бомбардируют фантастическими обещаниями телепатического общения , идеальной памяти и воспоминаний и даже слияния человеческого и роботизированного разумов.
Что касается направления BCI в нашей жизни, Хаггинс признал, что необходимо снизить ожидания, чтобы действительно увидеть прогресс.
«Я думаю, что что-то будет доступно, но я просто не думаю, что это оправдает всю шумиху. Это изменит ожидания. Нужно иметь реалистичные ожидания и понимать, что это новая технология. Мы все еще изучаем, как это работает, почему это работает, когда это работает, когда это не работает, какая поддержка ему нужна и сколько мест смогут ее предоставить».
Так что нет, в обозримом будущем мы, скорее всего, не будем переживать моменты типа «Ого, я знаю кунг-фу». Но это не значит, что следующего поколения не будет. Возможно, нам предстоит пройти долгий путь, но фундамент для этого будущего опыта закладывается сегодня — и это повод для волнения.