Нейрокомпьютерный интерфейс

.

Периодически выдвигаются предложения использовать прямой нейрокомпьютерный интерфейс, в частности, имплантаты, что позволит человеку использовать всю мощь электронных вычислений: идеальное хранение информации, быстрые и точные арифметические расчеты, широкополосную передачу данных — в результате такая гибридная система будет принципиально превосходить по всем характеристикам деятельность головного мозга64. Возможность прямого подключения компьютера к биологическому мозгу была не раз доказана, но, несмотря на это, кажется маловероятным, что прямые нейронные интерфейсы получат в обозримом будущем широкое распространение.


Прежде всего заметим, что в результате имплантации электрода в мозг возникает значительный риск медицинских осложнений — инфекции, смещение электрода, кровоизлияния, ухудшение умственных способностей. На сегодняшний день лечение пациентов с болезнью Паркинсона является едва ли не самой яркой демонстрацией той пользы, которую приносит стимуляция мозга. В этом случае используется довольно простой имплантат, на самом деле не соединенный непосредственно с мозгом, а всего лишь создающий электрический разряд, воздействующий на субталамическое ядро, или ядро Льюиса. На демонстрационном видеоролике показан сидящий в кресле полностью обездвиженный болезнью человек, который после подключения электрода мгновенно возвращается к жизни: он начинает двигать руками, встает и идет по комнате, поворачивается на месте и даже делает пируэт. Но у этой совершенно простой и на удивление успешной процедуры тоже есть негативные стороны. В одном исследовании у экспериментальных пациентов с болезнью Паркинсона, по сравнению с контрольной группой, при имплантации электрода в мозг отмечены ухудшения следующих функций: беглой речи, избирательного внимания, цветовой и словесной памяти. Испытуемые пациенты часто жаловались на снижение умственных способностей66. Если речь идет о людях с тяжелыми заболеваниями, то можно мириться и с рисками, и с побочными эффектами. Совсем другой вопрос — здоровые граждане, соглашающиеся на нейрохирургические манипуляции. В таких случаях любое вмешательство должно приводить к существенному улучшению функций головного мозга.
Пожалуй, такое усовершенствование когнитивных способностей обернется более сложным делом, чем генная терапия, — это тоже дает право сомневаться, что путь киборгизации приведет нас к сверхразуму. Пациенты, страдающие параличом, могут получить пользу от имплантата, который заменит их пораженные нервы или активирует спинномозговые центры, отвечающие за двигательную функцию67. Пациенты, испытывающие проблемы со зрением или слухом, безусловно, выигрывают от имплантации искусственной улитки или сетчатки глаза68. Пациенты с болезнью Паркинсона или хронической мышечной болью, без сомнения, испытывают облегчение от глубокой стимуляции мозга, возбуждающей или подавляющей активность в отдельных его областях69. Гораздо более трудная задача — обес­печить непосредственное широкополосное взаимодействие между мозгом и компьютером для заметного повышения интеллектуальных способностей, которого невозможно добиться иными, более доступными средствами. Большинство потенциальных преимуществ, которые появятся в распоряжении здоровых людей в результате имплантации электродов, возможно получить с меньшим риском, затратами и неудобствами, просто используя обычные органы движения и чувств при взаимодействии с компьютерами, находящимися вне пределов нашего тела. Чтобы выйти в интернет, нам не нужно подключать к себе оптоволоконный кабель. Человек не только наделен сетчаткой глаза, способной передавать данные с впечатляющей скоростью около десяти миллионов бит в секунду, но и обладает «предустановленным программным обеспечением» в виде зрительной коры головного мозга, которая отлично приспособлена для извлечения значения из этих массивов информации и взаимодействия с другими областями мозга для ее дальнейшей обработки70. Даже если появился бы относительно простой способ закачивать в наш мозг больше информации, эти дополнительные данные ненамного повысили бы скорость, с которой мы думаем и учимся, если только «апгрейду» не подвергнется весь нейронный механизм их обработки. А поскольку он включает в себя практически весь мозг, в действительности потребовалось бы «протезирование» мозга целиком — иначе говоря, создание универсального искусственного интеллекта. Впрочем, существуй искусственный интеллект человеческого уровня — зачем тогда понадобилась бы нейрохирургия? Ведь компьютер может быть помещен не только в костяную коробку, но и в металлический корпус. Таким образом, если мы вновь обращаемся к искусственному интеллекту, то непременно свернем на путь, уже рассмотренный нами ранее.
Ученые предлагают использовать нейрокомпьютерный интерфейс для считывания информации из головного мозга человека для коммуникации его с другими людьми или компьютерами71. Система, позволяющая передвигать курсор на экране с помощью мысли, помогла бы пациентам с синдромом «запертого человека»[11] устанавливать связь с внешним миром72. Ширина полосы передачи данных в таких экспериментах пока очень мала: пациент мучительно долго набирает букву за буквой со скоростью несколько слов в минуту. Можно легко представить усовершенствованную версию, по всей вероятности, с имплантами следующего поколения, которые — для трансляции внутренней речи — будут вживлять в центр Брока (участок коры головного мозга, находящийся в задненижней части третьей лобной извилины, отвечающий за моторную, фонологическую и синтаксическую организацию речи) 73. Сегодня системы обратной связи интересны скорее с точки зрения оказания помощи пациентам с мышечной атрофией и людям, перенесшим инсульт. Эта новейшая технология пока мало применима к здоровому человеку, хотя, по сути, повторяет тот же набор функций, который обеспечивается простым наличием микрофона и программой распознавания речи, то есть продуктом, уже присутствующим на нашем рынке и отличающимся в лучшую сторону такими своими характеристиками, как неболезненное и удобное применение, дешевизна и отсутствие риска, связанного с нейрохирургическим вмешательством (а также не порождающим фантазий в духе Оруэлла на тему подслушивающего устройства внутри черепной коробки). Кроме того, когда наше тело и компьютер никак не связаны физически, то последний удобнее ремонтировать и оснащать новым ПО.
Но как быть с неизбывной человеческой мечтой, чтобы люди вступали в общение не на вербальном уровне, а напрямую — через мозговую деятельность, как бы «загружая» друг в друга свои образы, мысли, знания и даже опыт? Мы загружаем в компьютеры огромные файлы, в том числе библиотеки с миллионами книг и статей, буквально за считаные секунды или минуты — неужели нам никогда не придется поступать так же, имея дело с собственным мозгом и собственной информацией? Кажущаяся легкость реализации этой идеи, вероятно, базируется на ошибочном представлении о том, как человеческий мозг воспринимает и хранит информацию. Как уже отмечалось, развитие человеческого интеллекта ограничивает не скорость, с которой данные поступают в память, а насколько быстро мозг способен извлекать из них смысловые значения и осознавать их. Возможно, предполагается передавать непосредственно смысл, не оформляя его в сенсорную информацию, которую придется декодировать получателю. Тут возникает две проблемы. Первая заключается в том, что мозг, в отличие от программ, которые мы привычно используем на компьютерах, не использует стандартные форматы хранения и представления данных. Скорее, в каждом мозгу имеются свои уникальные способы представления содержания более высокого уровня. То, какие именно сочетания нейронов используются для передачи той или иной концепции, зависит от уникального опыта конкретного мозга (а также различных генетических факторов и стохастических физиологических­ процессов). Как в случае искусственных нейронных сетей, так и в биологических нейронных сетях смысловое значение скорее представлено всей структурой и моделями деятельности значительных перекрывающихся регионов, а не отдельными ячейками памяти, уложенными в аккуратные массивы74. Поэтому невозможно установить простое соответствие между нейронами двух людей так, чтобы мысли автоматически перетекали от одного к другому. Если нужно передать мысли из одного мозга в другой так, чтобы они были ему понятны, их нужно подвергнуть декомпозиции и перевести в символы в соответствии с некоторой общепринятой системой, которая позволит их правильно интерпретировать мозгом-прием­ником. Это уже лингвистическая задача.
Теоретически мы в состоянии представить интерфейс, на который было бы можно переложить когнитивную работу по артикуляции и интерпретации мыслей. Он будет должен уметь каким-то образом считывать состояния нейронов в мозге-передатчике и переводить их в понятные модели активации нейронов в мозге-приемнике. Даже если оставить в стороне (очевидные) технические трудности организации надежного одновременного считывания состояния миллиардов отдельных нейронов и записи в них, создание такого интерфейса, вероятно, само по себе является AI-полной задачей искусственного интеллекта. Интерфейс должен включать компонент, способный (в режиме реального времени) ставить в соответствие возникающим в одном мозгу моделям семантически эквивалентные модели в другом мозгу. Для выполнения этой задачи потребуется подробное многоуровневое понимание механизма нейронных вычислений, которое может привести непосредственно к созданию нейроморфного ИИ.
Несмотря на эти оговорки, движение в сторону улучшения интеллектуальных способностей по пути создания киберорганизмов не кажется совершенно бесперспективным. Впечатляющие результаты работ с гиппокампом крыс показали возможность создания нейронного протеза, который может повысить эффективность выполнения простой задачи на запоминание75. На сегодняшний день имплантат считывает информацию с электродов в количестве от одного десятка до двух десятков, размещенных в области CA3 гиппокампа, и передает ее на такое же количество нейронов, расположенных в области CA1 гиппокампа. Микропроцессор способен различать две модели возбуждения в первой области (соответствующие двум видам информации — «правый рычаг» и «левый рычаг») и научиться тому, как эти модели передаются во вторую­ область. Такие протезы могут не только восстановить функционирование мозга в ситуации, когда нормальное нейронное взаимодействие между двумя областями нейронов нарушено, но и за счет направленной активации требуемой модели во второй области способны повысить эффективность выполнения задачи по сравнению с обычным для крыс уровнем. Хотя по современным стандартам это и весьма впечатляющее в техническом плане достижение, эксперимент оставляет без ответа множество вопросов. Насколько хорошо этот подход масштабируется? Ведь число комбинаций взаимодействующих областей мозга, а также нейронов на входе и выходе из них, очень велико, поэтому сможем ли мы избежать комбинаторного взрыва при попытке картировать взаимодействия в мозгу? Не получится ли, что хотя эффективность решения тестовой задачи растет, этому сопутствуют некие скрытые издержки, например снижение способности обобщать стимулы или неспособность забыть определенную ассоциацию, после того как среда изменилась? Получит ли человек — располагающий, в отличие от крыс, внешними носителями памяти вроде бумаги и ручки — какую-либо выгоду от появления таких возможностей? Насколько легко будет применить подобный метод к другим областям мозга? В то время как работе описанного протеза помогает сравнительно простая структура областей гиппокампа, обеспечивающая последовательную передачу сигнала в одну сторону (по сути, однонаправленная связь между зонами СА3 и СА1), другие структуры в коре головного мозга используют рекуррентные циклы обратной связи, что значительно повышает сложность схемы связей и, видимо, затруднит расшифровку набора функций встроенных в нее групп нейронов.
В плане развития киборгов есть надежда, что мозг, снабженный имплантатом, поддерживающим связь с внешней средой, со временем научится сопоставлять свое внутреннее состояние и получаемые внешние сигналы. В этом случае имплантату не обязательно обладать интеллектом, скорее, мозг должен будет интеллектуально настроиться на интерфейс, примерно как мозг ребенка постепенно обучается интерпретировать сигналы, поступающие из внешнего мира через рецепторы органов зрения и слуха76. И снова возникает естественный вопрос: принесет ли это какую-нибудь реальную пользу? Предположим, пластичность мозга окажется настолько достаточной, что он научится распознавать модели в рамках некоего нового потока входных сигналов, проецируемых на его кору посредством некоего нейрокомпьютерного интерфейса, — но почему тогда просто не спроецировать ту же самую информацию непосредственно на сетчатку глаза в виде зрительных образов или на улитку в виде звука? Применение низкотехнологичных методов поможет избежать множества проблем — хотя и в том и в другом случаях нашему мозгу, чтобы научиться понимать информацию, придется задействовать механизмы распознавания образов и присущее ему свойство пластичности.

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.