Физика невозможного - Мичио Каку

Нейробиолог из Университета Брауна Джон Донохью сделал, возможно, самый важный шаг в создании системы взаимодействия мозга с машиной. Он сконструировал аппарат под названием «Брейнгейт», позволяющий парализованному человеку производить поразительное количество физических действий, используя одну только силу мысли. Донохью испытывал свое устройство на четырех пациентах. Двое из них страдали от травмы спинного мозга, третий перенес инсульт, а четвертый был парализован в результате амиотрофического латерального склероза [или болезни Лу Герига, той самой болезни, от которой страдает космолог Стивен Хокинг).

Один из пациентов Донохью — двадцатипятилетний Мэтью Нейгл, полностью парализованный ниже шеи, — сумел всего за день освоить совершенно новые для него навыки работы с компьютеризованной системой. Теперь он может переключать каналы телевизора, регулировать звук, сжимать и разжимать ладонь искусственной руки, рисовать грубый круг, управлять компьютерным курсором, играть в видеоигры и даже читать электронную почту. Летом 2006 г. этот человек появился на обложке журнала Nature и произвел в научном сообществе настоящую сенсацию.

Сердце прибора — крохотный кремниевый чип размером всего 4 мм, снабженный сотней крохотных электродов. Этот чип помещают сверху непосредственно на ту части мозга, которая управляет двигательной активностью. Он наполовину проникает в кору мозга, толщина которой составляет около 2 мм. От чипа сигнал по золотым проводкам поступает на усилитель размером примерно с ящичек для сигар, а затем передается в компьютер размером примерно с посудомоечную машину. Там сигнал проходит обработку при помощи специального программного обеспечения, способного распознать некоторые рисунки мозговой деятельности и перевести их в механические движения.

В предыдущих экспериментах, где пациенты читали собственную ЭЭГ с экрана, процесс освоения биологической обратной связи был медленным и утомительным. Но если приспособить в помощь пациенту компьютер, умеющий распознавать рисунки мыслей, процесс обучения значительно ускорится. На первом занятии Нейгла попросили мысленно представить движение рукой вправо и влево, сгибание запястья, сжимание и разжимание руки в кулак. Донохью с радостью увидел, что, когда Нейгл представляет себе движение рук и пальцев, в его мозге действительно срабатывают разные нейроны. «Мои ощущения были просто невероятны — ведь можно было видеть, как клетки мозга изменяют свою активность. Тогда я понял, что это все может развиваться, что такая технология действительно будет работать», — вспоминает он.

(У Донохью есть личная причина для страстного интереса к такому экзотическому виду взаимодействия мозг — машина. Ребенком он провел некоторое время в инвалидном кресле из-за болезненного дегенеративного заболевания, так что он на собственном опыте знает, каково это — потерять возможность двигаться и стать совершенно беспомощным.)

У Донохью большие планы, он рассчитывает сделать систему «Брейнгейт» необходимым инструментом врачей. С развитием компьютерной техники его аппарат, который в настоящее время напоминает по размерам посудомоечную машину, может стать портативным — возможно, когда-нибудь его даже можно будет носить на себе. От неуклюжих проводов также можно будет избавиться, если обеспечить чип беспроводной связью с внешним миром.

Понятно, что таким образом можно задействовать и другие зоны мозга, так что новые системы — дело времени. Ученые уже составили карту коры в верхней части головного мозга. (Если графически изобразить у нас на макушке руки, ноги, голову и тело в тех местах, нейроны которых управляют движением соответствующих органов, получится что-то вроде «гомункулуса», или маленького человечка. Человечек этот выглядит странно и искаженно, у него удлиненные пальцы, лицо и язык, но сморщенное туловище.)

По всей видимости, можно поместить кремниевые чипы на разные части поверхности мозга, чтобы задействовать таким образом соответствующие этим участкам органы и конечности и заставить их работать от силы мысли. В принципе, таким образом можно воспроизвести любые движения, которые способно производить человеческое тело. В будущем можно представить себе парализованного человека в специальном доме, разработанном для телекинетического управления; хозяин сможет мысленно управлять системой кондиционирования, телевизором и всевозможными электрическими устройствами.

Еще дальше в будущем можно представить себе человеческое тело, заключенное в специальный «экзоскелет», который позволит парализованному пользоваться полной свободой движений. Теоретически такой экзоскелет мог бы дать владельцу силу, превосходящую возможности обычного человека, и превратить его в бионическое существо, способное усилием мысли управлять громадной механической мощью своих сверхконечностей.

Итак, управление компьютером при помощи сознания уже не представляется невозможным. Но означает ли это, что когда-нибудь мы сможем двигать предметы, поднимать их в воздух и манипулировать ими при помощи исключительно мысленного усилия?

Один из возможных путей к этому—покрыть стены слоем сверхпроводника при комнатной температуре, считая, конечно, что такое устройство когда-нибудь появится. После этого, если мы «нашпигуем» обычные домашние предметы крошечными электромагнитами, то сможем заставить их летать над полом за счет эффекта Мейснера (как мы видели в главе 1). Если этими электромагнитами будет управлять компьютер, а компьютером — наш мозг, то мы получим возможность поднимать предметы в воздух мысленным усилием. Подумав о чем-то определенном, мы активируем компьютер, который затем включит в нужном месте электромагниты и заставит предмет левитировать. Внешнему наблюдателю такая демонстрация — способность поднимать предметы в воздух силой мысли — показалась бы волшебством.

А что можно сказать о возможности не просто двигать предметы, а трансформировать их, превращать один в другой, как по волшебству? Иллюзионисты проделывают такие фокусы за счет ловкости рук и разных хитрых приспособлений. Но зададим вопрос: не противоречит ли такая возможность законам природы?

Как мы уже говорили, одна из целей нанотехнологии — научиться строить из атомов крошечные машины, способные исполнять функцию рычага, шестеренки, подшипника и блока. После создания этих наномашин многие физики мечтают научиться произвольно организовывать молекулы внутри объекта, переставлять в них атом за атомом, пока один предмет не превратится в другой. На этом принципе основаны «репликаторы», которые можно обнаружить во многих научно-фантастических произведениях; они могут изготовить любой желаемый предмет, стоит только попросить. В принципе репликатор мог бы избавить человечество от бедности и полностью изменить природу общества. Если можно.будет запросто получить любую вещь, то это перевернет с ног на голову все представления о потребностях и стоимости, а также об иерархии в человеческом обществе.

(Репликатор фигурирует, в частности, в одном из любимых моих эпизодов «Звездного пути» — в серии «Следующее поколение». В открытом космосе находят древнюю космическую капсулу XX в., а в ней замороженные тела людей, страдавших неизлечимыми заболеваниями. Тела быстренько оттаивают, людей вылечивают при помощи фантастической медицины. Один бизнесмен из оживших соображает, что за столько столетий вложенные им деньги должны были вырасти до неимоверных размеров, и спрашивает экипаж «Энтерпрайза» о своих инвестициях и деньгах. Члены экипажа в недоумении. Деньги? Инвестиции? У нас, в будущем, денег нет, отвечают они. Если тебе что-нибудь нужно, достаточно попросить.)

Как бы поразительно ни звучало описание репликатора, в природе он уже существует. «Принципиальная возможность» уже доказана. Природа берет сырье — мясо с овощами — и за девять месяцев сооружает из него человеческое существо. Чудо жизни — не что иное, как большая нанофабрика, способная на атомном уровне превращать вещество (к примеру, пищу) в живую ткань (младенца).

Чтобы построить нанофабрику, нужны три составляющих: строительные материалы, инструменты, которыми можно резать и соединять эти материалы; и чертежи, которыми следует руководствоваться при использовании инструментов и материалов. В природе строительными материалами служат тысячи аминокислот и протеинов, из которых строится живая плоть и кровь. Инструментами для резки и соединения — аналогами молотков и пил, необходимых для выстраивания протеинов в нужном порядке и превращения их в новые формы жизни, — служат рибосомы. Они приспособлены для того, чтобы разрезать протеины и вновь соединять их в определенных точках, создавая тем самым новые типы. Чертежи «устройства» задает молекула ДНК, где тайна жизни зашифрована через определенную последовательность нуклеиновых кислот. Эти три ингредиента объединены в клетке, которая обладает замечательной способностью к самовоспроизводству, т.е. умеет создавать копии самой себя. Это происходит благодаря тому, что по форме молекула ДНК напоминает двойную спираль. Когда приходит время размножаться, молекула ДНК раскручивается и разделяется на две независимые спирали. Каждая из двух ниток затем восстанавливает себя до полного двойного состояния, набирая вторую нитку спирали из отдельных органических молекул. Так получается копия молекулы ДНК.