Читать мысли — идея фантастическая, но осуществимая. Как глубоко ученым удалось проникнуть в человеческий мозг?
Об этом рассказал СМИ профессор Сколтеха и профессор Сеченовского университета, научный руководитель Центра биоэлектрических интерфейсов ВШЭ Михаил Альбертович Лебедев.
Что такое мысль и как ее прочесть?
В экспериментальных условий, в которых мы работаем, такую единицу как «одна мысль» можно выделить. Например, можно поставить задачу испытуемому — выбрать по какому-то признаку правую либо левую картинку. Человек некоторое время думает, колеблется и, наконец, принимает решение — в этот момент его мысль выражается и мы можем посмотреть, что же происходит в это время в мозге.
Экспериментальные условия, как правило, выглядят так: есть стимул и есть ответ. А между ними есть некое правило, которое мозг использует для перевода стимула в ответ. Именно та деятельность мозга, которая переводит этот стимул в ответ, и является мыслью. Она, конечно, развивается: сначала нужно понять, что вам показали, какой стимул, потом вспомнить правило, которое нужно приложить, и наконец, выработать ответ. Стимул, решение и ответ — это в какой-то мере предложение, потому что стимул — это некоторым образом подлежащее, правила — это некие прилагательные, а уже глагол — это само решение (например, открыть окно).
Нейроинтерфейс — это устройство, которое читает мысли из активности мозга. Для его работы необходимо, чтобы мы могли записывать активность мозга и чтобы мыслей было не очень много, иначе мы не сможем определить, какие мысли считывать.
Не исключено, что в будущем мы сможем читать произвольные мысли. Сейчас нам это сложно, но если мы разберемся в анализе механизмов мозга дальше, то, в принципе, произвольные мысли мы тоже сможем читать, поскольку есть надежда, что мы сможем выделять отдельные компоненты, потом классифицировать их как относящиеся к некому разряду мыслей и затем восстанавливать всю цепочку мыслительной деятельности.
Сейчас программы, которые распознают речь, работают идеально. Так почему бы нам не распознавать активность мозга точно так же, как мы распознаем речь? Но тут имеется проблема: когда мы слушаем звук и воспринимаем речь, здесь заведомо что-то закодировано. Если вы посмотрите на график речи, звукового сигнала, то вы ничего не сможете определить, а послушаете — сразу определите. Почему? Потому что вы знаете код, понимаете, как декодировать. С активностью мозга все сложнее, потому что она заведомо что-то кодирует, но мы просто не знаем, каким образом она кодирует.
В коде, который позволит расшифровать активность мозга, несомненно есть что-то общее, потому что иначе, если бы все было совсем индивидуально, мы бы не смогли понимать друг друга.
Проблема в том, что мы пока еще слабо понимаем, что это и как работает. Это не энцефалограмма, хоть она похожа на запись звука при речи, это нечто другое. Пока для нас это в основном шум, который мы не умеем декодировать.
Хотя мы плохо понимаем, как работает мозг, это не мешает нам заявлять, что мы уже можем считывать мысли, и это считывание основано на корреляции. Корреляция, как известно, не означает причинно-следственную связь, поэтому любую корреляцию, какую возможно уловить, мы используем в таких интерфейсах.
О чем думает свинья и обезьяна?
У животных тоже есть мысли. Вероятно, вы слышали о недавних экспериментах Илона Маска? Он имплантировал в мозг свиньи около тысячи электродов для того, чтобы считать ее мысли. Для вживления он использовал специального робота, который работал как швейная машинка и буквально прошил мозг животного.
Для понимания эксперимента надо хоть немного знать о строении мозга свиньи. В мозге находятся разные области, представляющие разные отделы тела. Это, кстати, было известно и до Илона Маска. Так вот, мозг свиньи примерно на 70% представляет пятачок, поэтому, естественно, она думает о том, что воспринимает ее пятачок.
У Илона Маска более амбициозная задача: он хочет в конце концов повторить опыт на людях и научиться считывать мысли человека.
Я отношусь к этому плану положительно, поскольку сам занимался подобным долгие годы: работал над интерфейсами «мозг-компьютер» или «мозг-машина». Идея состоит в том, что мы имплантируем в мозг много электродов (и чем больше, тем лучше), записываем многоканальную активность, декодируем ее и направляем к внешнему устройству, например, к механической руке, которая движется по велению вашей мысли. У механической руки могут быть сенсоры. Например, она ощупывает различные предметы, и эти ощущения механической руки передаются в мозг, в сенсорные области мозга и вызывают тактильные ощущения. Эта программа хорошо работает.
Еще в 1970-е годы в Советском Союзе думали о развитии биоэлектрических протезов и был создан миоэлектрический протез руки. Виктор Семенович Гурфинкель с коллегами Цетлиным и Гельфандом создали протез, который управлялся электрической активностью мышц, и человек с ампутацией мог пользоваться таким протезом.
Я долгое время работал с обезьянами. В наших экспериментах у обезьян была конечная цель — получить апельсиновый сок. Но ради этого нужно было потрудиться. Обезьяна сидела с джойстиком напротив экрана и играла в увлекательную игру, где ей нужно было двигать джойстиком и поражать мишени. Она прекрасно с этим справлялась. При этом мы записывали электрическую активность мозга, декодировали ее, и затем обезьяна могла уже, не пользуясь джойстиком, направлять этот курсор в разные области экрана. Нам помогло то, что мы сумели имплантировать электроды в разные области мозга обезьяны, представляющие руки, ноги, глаза, более ответственные за мыслительную деятельность. И таким образом мы считывали довольно подробно мысли — моторные интенции обезьяны. Кстати, я думаю, что и людям это было бы полезно. Скажем, мы приходим в ресторан и получаем еду просто так…
Обезьяны, как и мы, думают о направлении движения. И вот оказывается, что направление движения очень легко считывать из-за активности нейронов. Если вы вставите электрод в компьютер, вы никогда не поймете, как он работает. А если вставить электрод, грубо говоря, в мозг обезьяны, то оказывается, что нейроны разряжаются, кодируя направление. Например, если обезьяна двигает рукой в каком-нибудь направлении, то этот нейрон будет очень активен, а если в другом, то менее активен. Как раз по активности нейрона мы можем декодировать направление.
На самом деле мы далеко продвинулись в изучении мозга: в изучении его отдельных сетей, свойств нейронов, каналов, которые имеются у нейронов. Так что сказать, что мы прямо-таки ничего не знаем, будет неверно. Но по мере накопления знаний нам нужно знать все больше и больше, и это похоже на некое бесконечное приближение.
