Нейротон. Занимательные истории о нервном импульсе - Александр Иванович Волошин

имплантировал ему несколько электродов в мозг, а затем вставил под кожу головы набор электронных компонентов. Операция прошла не без осложнений, порядком напугав и Кеннеди, и его друзей.

Но спустя несколько недель он начал фазу сбора данных своего грандиозного эксперимента над собой. В течение следующих семи недель все вечера после работы он использовал, чтобы прогонять серии тестов. В своих лабораторных записях он указан как Субъект П. К., как будто для анонимности.

Эксперимент длился не так долго, как ему хотелось бы. Разрез на коже его головы так и не затянулся полностью над громоздким ретранслятором. По истечении всего 88 дней, Кеннеди снова лёг под нож хирурга. Но на этот раз он не поехал в Белиз. 13 января 2015 года местный хирург вскрыл кожу головы Кеннеди, перерезал провода, идущие от его мозга, и удалил силовую катушку и трансивер. Врач не пытался копаться в коре головного мозга Кеннеди в поисках трёх стеклянных конических электродов, которые были там встроены. Было безопаснее оставить их там, где они были, опутанные тканями мозга Кеннеди, на всю оставшуюся жизнь.

Рискуя здоровьем, в одиночку и исключительно на свои сбережения, Кеннеди сумел создать особую запись языка. Когда Кеннеди, наконец, представил данные, которые он собрал сначала на симпозиуме Университета Эмори в мае того же года, а затем на конференции Общества нейробиологии в октябре, то к сожалению, он не смог продемонстрировать действующую модель. Некоторые из его коллег отнеслись к истории с недоверием. Другие же нашли её захватывающей, хотя и были несколько обескуражены. Дело в том, что ещё со времён Марты Рафферти нейрохирурги постоянно сталкивается с этическими препятствиями, а этот человек, которого они знали много лет, сделал смелую и неожиданную попытку исследовать собственный мозг. [46]

В наши дни большинство исследователей в области инвазивных НКИ отдают предпочтение микрочипам в виде сетки электродов размером 8 на 8 или 16 на 16, размещаемым на обнажённой коре головного мозга. Этот метод, называемый электрокортикографией, или ЭКоГ. Он обеспечивает менее чёткую картину, чем метод Кеннеди: вместо того, чтобы настраиваться на голоса отдельных нейронов, он слушает хор из сотен и тысяч нейронов одновременно.

Сторонники ЭКоГ утверждают, что и эти хоровые следы передают достаточно информации, чтобы компьютер мог расшифровать намерения мозга и даже то, какие слова или слоги хочет сказать человек. Сетка ЭКоГ также может безопасно оставаться на месте под черепом в течение длительного времени, возможно, даже дольше, чем конические электроды Кеннеди.

В тот же год, когда Кеннеди собирал данные, чтобы представить их на заседании Общества нейробиологии в 2015 году, другая лаборатория опубликовала новый способ использования компьютеров и черепных имплантатов для декодирования человеческой речи. Названный Brain-to-Text, он был разработан в Центре Уодсворта в Нью-Йорке в сотрудничестве с исследователями из Германии и Медицинским центром Олбани и был протестирован на семи пациентах с имплантированными сетками ЭКоГ. Каждого испытуемого просили читать вслух отрывки текста из разных источников, а тем временем записывались их нейронные данные. Затем исследователи использовали результаты ЭКоГ для перекодировки нейронных данных в звуки речи.

Невероятно, но система вроде как работала. Компьютер выдавал фрагменты текста, которые имели чуть более чем случайное сходство с прочтённым текстом.

Но даже разработчики признали, что это было, в лучшем случае, лишь доказательством правильности концепции.

Новый мозговой имплантат переводит мысли о письме в текст

До последнего времени разработчики нейрокомпьютерных интерфейсов на основе имплантатов, предлагали парализованным людям возможность набора текста с помощью виртуальной клавиатуры с возможностью управлять курсором с помощью разума. По сути это развитие технологии, предложенной Родригесом Дельгадо в начале 1960-х. Со временем этот процесс стал более эффективен, но продолжает оставаться медленным – около 25 символов в минуту, требует полной сосредоточенности пользователя, так как он должен и отслеживать перемещение курсора, и определять, когда выполнить эквивалент нажатия клавиши. Также пользователь должен потратить время на то, чтобы научиться управлять системой.

И вот, наконец, надежда на прорыв.

Эта информация изначально опубликована на Ars Technica, надёжном источнике технологических новостей, в мае 2021 года. Компания Neuralink Илона Маска выходит на новый уровень использования нейроимплантатов.

Новая идея (которая не так уж и нова) основана на том, что где-то в процессе написания текста, мы формируем намерение использовать тот или иной символ, и стоит попробовать нейроимплантат для отслеживания возбуждения участков мозга как раз именно на этапе намерения. После того как намерение оформилось, решение передаётся в моторную кору, где оно переводится в действие.

Предполагалось, что улавливание намерений с большей вероятностью даст чёткий сигнал, чем улавливание самих движений (любое движение задействует множество мышц и зависит от конкретных условий, например, где ваша рука находится относительно листа бумаги).

В общем, исследователи поместили два имплантата в премоторную кору мозга парализованного человека. Считается, что именно эта область участвует в формировании намерений выполнять движения.

Установив имплантаты в нужном месте, учёные попросили участника представить, как он пишет буквы на странице, а сами в этот момент записали нейронную активность. (Пациенту также предложили использовать знаки препинания, такие как запятая и вопросительный знак, и использовали «>», чтобы указать пробел и тильду вместо точки.)

Рисунок 45 Neuralink Илона Маска

Всего в премоторной коре головного мозга участника было размещено 2 имплантата размером со среднюю монету по 100 электродов каждый. Не все из них оказались информативными. Но на основе тех, которые работали, авторы провели анализ главных паттернов нейрограммы, которые больше всего различались при представлении написания различных букв.

В итоге они обнаружили, что могут расшифровать соответствующий символ с точностью чуть более 94 процентов. Но разбор записи был долгим. Чтобы всё работало в реальном времени, исследователи создали рекуррентную нейронную сеть способную оценивать вероятность сигнала, соответствующего каждой букве.

Несмотря на работу с относительно небольшим объёмом данных (всего 242 символа), система работала замечательно. Задержка между мыслью и символом, появляющимся на экране, составляла всего около полсекунды, и участник смог воспроизвести около 90 символов в минуту, что значительно превзошло предыдущий рекорд для набора текста с помощью имплантата. Частота ошибок составила всего около 5 процентов, а применение такой системы, как автокоррекция набора текста, помогло снизить частоту ошибок до 1 процента.

Все тесты проводились с заранее подготовленными предложениями. Однако, когда исследователи попросили участника напечатать ответы на вопросы в свободной форме, скорость немного снизилась (до 75 символов в минуту) и количество ошибок увеличилось до 2 процентов после автокоррекции, но система всё равно работала. [47]

По словам самих разработчиков, это «даже не прототип, ещё не полностью, клинически жизнеспособная система». Начнём с того, что она использовалась только у одного человека, поэтому неизвестно, насколько хорошо она может сработать для других. Кроме того, поведение имплантатов со временем меняется, возможно, из-за незначительных сдвигов по отношению к нейронам, или из-за накопления рубцовой ткани, поэтому систему нужно было регулярно перекалибровывать – не реже одного раза в неделю, чтобы поддерживать допустимый уровень ошибок.

Тем не менее, устройство показывает очень значительный прирост скорости по сравнению с предыдущими системами на имплантатах, и довольно высокую точность.

Похвально упорство, с которым учёные уже несколько десятилетий расшифровывают нейрограммы мозга. Но если для хранения алфавита задействовано несколько квадратных миллиметров коры головного мозга, то как в него помещаются все остальные знания и навыки? На мой скептический взгляд, это всё равно, что по аэрофотоснимкам местности изучать язык, на котором говорит местное население.

Интересно, если взять двух пациентов со вскрытыми черепными коробками и уложить их таким образом, чтобы их открытые поверхности коры головного мозга соприкасались. Позволит ли это мыслям и чувствам перетекать от одного человека к другому?

Или более простой эксперимент – внедрить в мозг двух испытуемых одинаковые имплантаты в одинаковые участки мозга и… соединить их между собой. Получим ли мы некий «нейротелефон»?

Между тем, есть гораздо более простые