На каком языке компьютер сможет общаться с мозгом напрямую

На этой неделе стало известно, что Илон Маск занимается еще одним амбициозным проектом Neuralink: созданием интерфейса для соединения мозга с компьютером. Основатель компании Planexta Евгений Найштетик в статье для AIN.UA рассуждает о том, каким именно образом компания Маска собирается решать проблему протокола связи мозга с компьютером, а также о том, чему может равняться 1 биологический бит.

Neuralink может быть очень интересным проектом. И вопрос не в том, чтобы передать сообщение из головы на компьютер. Как раз такая задача была уже давно решена с помощью ЭЭГ. Два термина, которые проскользнули в прессе: нано- и биотехнологии. Иными словами, что-то на молекулярном уровне должно позволить создать интерактивный интерфейс с мозгом.

Минимальная неделимая единица информации в микроэлектронике — это бит (вкл/выкл, 1/0). В нейронах головного мозга все значительно сложнее. В первую очередь есть два типа синаптической связи: электрическая и химическая. В свою очередь, электрическая связь может осуществляться разными ионами с разным потенциалом действия, проницаемостью и как следствие — с разным моментом вкл/выкл. Химические синапсы работают с большим набором разных нейромедиаторов, которые в свою очередь взаимодействуют с приличным количеством биологических агентов.

Иными словами 1 биологический бит может равняться нескольким цифровым мегабайтам. И вот как ребята собираются решить вопрос единого протокола — очень интересно.

Эти идеи заинтересовали AIN.UA и я решил немного раскрыть тему.

Пока я готовил этот материал, в сети уже начали смачно язвить по поводу вживленных в мозг электродов и блоков питания. Ведь абсолютно очевидно, что для организации интерфейса «мозг-компьютер» нужны непременно ржавые клеммы и аккумулятор из-под «Урала».

На самом же деле только в мозге находится около 100 миллиардов нейронов, каждый из которых имеет потенциал покоя около 60 милливольт, а передача сигнала, к примеру, от мозга мышце может происходить с потенциалом действия в несколько сотен милливольт. И провода свои есть, они называются аксонами, и контактные группы есть, они называются конексонами.

Но самое прекрасное, что в отличие от любого электронного прибора, мозг является системой, самовоспроизводящей энергию. Иными словами, на зарядку ставить не нужно. Для генерирования электрического тока в синапсах используются ионы металлов, таких как натрий и калий. Сырье для этих ионов каждый из нас получает с пищей.

Таким образом, энергия, которую не выдержит батарея вашего «айфона», вполне себе спокойненько вырабатывается в голове. Чтобы хоть приблизительно оценить, сколько же этой энергии, представьте, что все нейроны подключены последовательно. Таким образом, мы получим совокупный потенциал действия в 6 000 000 000 вольт.

Космос, правда?

Что же касается подключаемого интерфейса, нужно заметить, что уже более 100 лет существуют интерфейсы интерпретации изменения электромагнитного поля в нервной системе. Прежде всего, речь идет о таких весьма зрелых методах, как электрокардиография и электроэнцефалография. Таким образом, первым интерфейсам общения человека с нервными системами других людей значительно больше лет, чем электронно-вычислительным машинам. И это я еще не вспомнил о неврологическом молоточке!

Еще одним интересным фактом является то, что электромагнитное поле, которое генерируется нашей нервной системой, может быть зарегистрировано на расстоянии до двух метров. И это без какой-либо имплантации.

Безусловно, развитие микробиологии и нейронаук, генной и наноинженерии, биоинформатики и бионики дало возможность заглянуть за горизонт и представить потрясающие возможности. Тем не менее, все еще остается достаточно большое количество белых пятен не только на уровне фундаментального понимания механизма действия тех или иных молекул, но и на уровне архитектуры нейронных связей.

И здесь нужно подготовиться к рефлексии, которая очень сильно бьет по самолюбию человеческого вида. Дело в том, что и команда Илона Маска, и многие из нас хотели бы научиться общаться с мозгом как с компьютером. Однако проблема состоит в том, что компьютер был создан человеком.

Человечество знает о компьютерах все вдоль и поперек, и вряд ли там можно найти хоть что-то новое. А вот мозг был создан не человеком. Более того, личность человека составляет лишь около 5% мозговой активности. Все остальные физиологические процессы человеческой личности доверены не были. Наши подкорковые структуры головного мозга не только практически не подчиняются нашему сознанию, но и наоборот активно влияют на него в одностороннем порядке.

И это еще не все. Процесс коммуникаций между людьми очень сложен сам по себе. При личном контакте мы передаем звуками речевые конструкции, отображающие семантику в контексте нашего мировосприятия и восприятия собеседника. Одновременно с этим между нами происходит невербальное общение как глазами, так и с помощью других органов чувств.

К примеру, феромоны, которые проходят через вомероназальный орган не определяются нашим сознанием как таковые. Мы лишь получаем опосредованное понимание о некой симпатии через систему вознаграждения, когда наши подкорковые структуры всеми своими нейромедиаторами дают понять, мол «Смотри, какая девушка! Не проходи мимо!».

К слову сказать, наша система вознаграждения, которая существенно влияет на то, о чем мы думаем и уж точно на то, что хотим сказать, в основном работает на химическом способе передаче информации. Изобилие различных химических компонентов от простейших ионов до увесистых белковых соединений работают в ансамбле, алгоритмика которого до сих пор не до конца изучена.

Здесь же возникает вопрос о том, что же принять за единицу информации?

Наши воспоминания хранятся организацией синаптических связей между нейронами с разными свойствами. Различные доли мозга общаются между собой с разной скоростью, разным способом, а сама картинка формируется под действием целого набора специальных и висцеральных сенсоров.

Более того, сама информация, которая складируется в нашей голове, имеет многомерную структуру. К примеру, вы можете знать о том, что хорошо потренировались, потому что чувствуете крепатуру (концентрацию молочной кислоты в мышцах), или руководствуясь данными с фитнес-трекера, или исходя из оценки тренера или по многим другим параметрам, структура которых непостоянна.

Если представить себе, сколько всего кроется за дежурной фразой «Как дела?», то можно отследить и память о долге, и об удачном вечере, и размышления о том, как чертовски болит голова. А ведь это же лишь одна из многих функций тех 5% архитектуры головного мозга, которые задействованы под сознание.

В этом году итальянский нейрохирург Серджо Канаверо планирует первую в истории пересадку головного мозга. Я всячески надеюсь, что операция пройдет успешно и пациент, страдающий от спинальной мышечной атрофии, получит шанс на другую жизнь. И вместе с тем, мне в этом конкретном случае интересно, насколько изменение тела повлияет на изменение личности.

Этот интерес прежде всего связан с тем, что больные люди мыслят не так, как здоровые. К примеру, у людей с хроническим болевым синдромом существенно снижается самокритика. Я уже не говорю о когнитивных функциях иммобилизированных пациентов. Все это очень сильно отличается от принципов действия компьютера. Представьте себе, что операционная система вашего ноутбука начала работать как-то по-другому после того, как вы вынули из него флешку. Нелогично, правда? А в человеческом организме это в порядке вещей.

Иными словами, не так сложно наладить отправку и получения сигналов между мозгом и компьютером, как разобраться в том, с какими именно сигналами работать, и что они могут означать. Так возникает потребность в понимании так называемого естественного языка, одного для всех представителей нашего биологического вида без формальных лингвистических и культурных ограничений. И вот когда это будет достигнуто, человечество сможет научится понимать любой живой разумный организм: от собак до инопланетян.

Не думаю, что это произойдет в мгновении ока. Объем задач пока что заоблачный даже по сравнению с космической программой SpaceX. Но тем не менее, двигаться по этому пути  нужно. Как минимум, чтобы лучше понять самих себя.

Ну, а пока что заменить очередной ЭЭГ-обруч а-ля EMOTIV, на таблетку или что-то подобное — это уже прорыв.

Автор: Евгений Найштетик, основатель Planexta