16 МАРТА 2012
ИНТЕГРАЦИЯ МОЗГА ЧЕЛОВЕКА В СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ АНТРОПОМОРФНЫМИ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИМИ УСТРОЙСТВАМИ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ ИНТЕРФЕЙСОВ «МОЗГ – КОМПЬЮТЕР»

Александр КАПЛАН, психофизиолог, д.б.н. Основал первую в России лабораторию по нейроинтерфейсам

 

Добрый день, уважаемые коллеги, друзья, гости замечательного, примечательного и, я сказал бы, знакового конгресса!

 

Поддержка, в том числе той деятельности, которой я занимаюсь (создание и разработка нейроинтерфейсных технологий), – это великое дело, и здесь нужна поддержка не только финансовая, но и нейросетевая, т.е. это должно быть нужно людям. Я надеюсь, что такого рода конгресс – это первая ласточка в этом деле, которая поможет в том числе и самим ученым, и всем осознать, необходимо ли создание систем, которые позволят мозгу напрямую общаться с внешним миром.

 

Сейчас внешний мир – это мир в значительной мере цифровой. Мы всё более погружаемся в цифровой мир. А мозг тоже работает на таких информационно-цифровых технологиях, поэтому почему бы этим двум мирам не общаться напрямую? Принесет ли это пользу нам, поможет ли в чем-то? Я хотел бы сейчас осветить два этих простых аспекта в течение 20 минут. 

 

Первый аспект – это базовые идеи, настоящее (очень кратко) и ближайшее будущее нейроинтерфейсных систем. Я непосредственный участник разработки и создания этих систем – просто из первых рук. Второй аспект, который тоже хотелось бы подчеркнуть, – можно сказать немножко упрощённо, это этико-философский аспект необходимости таких систем.

 

Сейчас я стартовал бы со второго, этико-философского аспекта. Эта кукла извлечена из пыльного сундука середины XVIII века. Ее создатели – отец и сын Пьер и Андре Дрос. Собственно, от этого Андре и пошли андроиды. Оказывается, эта кукла умеет рисовать, писать. Другая кукла – девушка, играющая на клавесине, – играет, при этом в особенно чувственных пассажах у нее шевелятся губы, вздымается грудь. А юноша, который пишет пером, иногда выводит фразу: «Я мыслю, следовательно, я существую». Он существует? Да, эта кукла существует прямо сейчас, она прожила 200 лет и будет жить еще 200 лет – может быть, переживет многих из нас. Но это – жизнь!

 

Как быть с таким вопросом: закрывать нейроинтерфейсные исследования или же ускорять их? Я считаю, что здесь мы должны стараться двигаться семимильными шагами, как в предыдущих докладах говорил, например, Виталий Львович Дунин-Барковский. 

 

Почему? Взгляните на эту схему. Здесь, в зале, нет никого, кто по биологической жизни своих клеток был бы старше одного года. Клетки обновляются непрерывно: какие-то – каждые пять дней, какие-то – в течение года. Но, во всяком случае, для средней жизни человека десятки раз обновляются, копируются его клетки. Кроме клеток мозга. 

 

Не будем углубляться, почему так получилось (это понятно, потому что это клетки большой информационной системы). Но важно также то, что мы являемся свидетелями тому, что люди уходят из жизни в основном по причине, не связанной с деятельностью нервных клеток. Нервные клетки умирают последними. И в подавляющем большинстве случаев умирают не потому, что они заболели, а потому, что вышли из строя органы, обеспечивающие жизнедеятельность этих нервных клеток. По-видимому, нервные клетки являются долгожителями, мы просто не даем им возможности прожить тот срок, который им отпущен. Сколько это – никто не знает. Это запросто может быть 200–300 лет, это ведь всего лишь в два раза больше! Может быть в три, в четыре. Мы даже не говорим о порядке, но для каждого из сидящих здесь в зале триста лет жизни – это уже почти вечность. Поэтому я бы пользовался ближней перспективой – можем ли мы ориентироваться на продление жизни мозга хотя бы в два-три раза? Личность человека, которая хранится в мозгу, просуществовала бы в два-три раза дольше. Здесь, на сцене, могли бы выступать личности (уже не скажешь “люди”), которые жили двумя веками раньше. Они накопили этот опыт здоровыми клетками мозга.

 

Как это сделать? Здесь, на конгрессе, мы уже декларируем: любой орган человека может быть заменен на искусственный. Это можно сделать прямо сейчас: технологически все подготовлено, и это делается прямо сейчас. Просто не делается попытка свести все это в антропоморфное тело. Но представим себе, что мы все-таки соберем это. Как быть с мозгом? Гипотеза о том, что мозг может быть переписан на жесткий носитель и таким образом встроен в это антропоморфное тело, мне представляется пока что сомнительной. Я могу ошибаться, но можно ли реализовать ее в реальное, разумное время? В принципе, теоретически возможно, не нарушая физические законы природы, но что в ближайшем будущем? В ближайшем будущем мы можем реально сохранить жизнь мозга дольше, чем тела.

 

И здесь морально-этическая проблема: если общество все-таки будет подготовлено к тому, чтобы соединить живущий мозг с искусственным телом, то возникнет одна проблема. Во-первых, это тело должно быть антропоморфным (просто потому, что мозг всей своей когнитивной жизнью настроен на определенные инерции, подвижности тела и, в конце концов, на схему тела, поэтому все-таки нужно дать ему возможность опираться на возможности прошлого человеческого тела). А второе – мозг должен командовать этим телом. Как – ведь нет нервов, нет мышц? Интерфейс «мозг – компьютер» – это ключевой модуль, который надо встроить в антропоморфного робота, содержащего естественный мозг. Как ни фантастично это звучит, я продемонстрировал бы, что прямо сейчас это работает в нашей лаборатории и в десятках лабораторий в других странах мира.

 

Первая проблема, которая здесь возникает, – это насколько мозг вообще содержит в себе волевые импульсы управления движениями, поведением, желаниями. Ведь декартовский мозг фактически был рефлекторным. Что-то пришло на выход, специальные логические схемы, которые были синтезированы в течение филогенеза и онтогенеза, и получается выход: нажали кнопку – зазвенел звонок. Что тут можно сделать интерфейсного с компьютером? Это просто никому не нужная вещь: пожалуйста, анализируйте вход и будете программировать выход. Иван Михайлович Сеченов был первый, кто экспериментальным опытом показал, что внутренние волевые программы, импульсы являются важнейшими регуляторами поведения человека. Есть внутренняя активность мозга человека – говоря современным языком, его психики. И как раз эти волевые импульсы и было бы нужно подхватить интерфейсом «мозг – компьютер». Это и есть главный вопрос: можно ли подхватить эти импульсы какими-то распознающими, декодирующими системами? 

 

Нейл Миллер одним из первых показал, что есть подходы, что животное или человек может найти пути, найти в себе эти волевые импульсы, чтобы что-то изменить в среде. Он подсоединил датчик измерения кровяного давления в хвостовой артерии крысы и замкнул этот датчик таким образом, что при повышении давления крыса получала питание. Крыса быстро сориентировалась в этой ситуации и волевым путем, если так можно сказать для животных, изменяла давление в хвостовой артерии в ту или другую сторону в зависимости от того, как будет соединен этот сенсор с подачей еды. Он сделал то же самое и с другими физиологическими показателями: с перистальтикой кишечника, с ритмом сердца, при этом он соединил эти сенсоры уже не с подачей пищи, а со стимуляцией центра удовольствия. Крыса охотно шла на любые ухищрения экспериментатора, всегда находила тот физиологический показатель, который связан со стимуляцией латерального гипоталамуса (центра удовольствия).

 

Значит, волевой импульс, импульс потребности действительно находил выход через физиологический показатель, что не было исходно сконструировано в природе. Мы просто создали биотехническую систему, новый канал выхода от мозга, от тех центров желания, потребности и намерения к внешним системам управления, к внешним исполнительным устройствам. Это уже предтеча того самого нейрокомпьютерного интерфейса, о котором мы говорили вначале.

 

Какой физиологический показатель выбрать для того, чтобы сделать его выходом из мозга, который мы начнем декодировать, расшифровывать с целью прямого контакта мозга с реальностью? В первую очередь бросается в глаза электрическая активность мозга. Во-первых, ее просто зарегистрировать, расположив датчики на кожной поверхности черепа. Во-вторых, это все-таки безынерционная система регистрации информационной активности мозга: условно говоря, нервные клетки общаются между собой электрическими импульсами, отголоски которых мы как раз и чувствуем сенсорами на кожной поверхности головы. Значит, можно использовать этот физиологический показатель как наиболее близкий к информационной деятельности мозга.

 

Мы сами долго работали с этим показателем с целью его расшифровки в диагностике разных заболеваний, разных состояний мозга – это довольно сложные кривые, которые вы видите сейчас. Мы попробовали разобрать эти кривые на алфавит, на отдельные паттерны, которые существуют, – скажем, можно разбить это на какие-то A, B, C, D. И тут начинает приходить в голову идея: а что, если эти отдельные паттерны сделать командами? Как только такой паттерн появляется в электрической активности, он будет превращаться в какую-то команду и вызывать определенные действия в среде или печатать в среде определенную букву. Нельзя ли таким образом подойти к созданию коммуникационных систем, нейрокоммуникаторов?

 

Сейчас я не буду вдаваться в подробности всех этих технологий, хочу только сказать, что главная проблема здесь в том, что – хорошо, есть эти дискретные нейродинамические паттерны, есть какие-то другие показатели, которые мы можем выделить из энцефалограммы. Главное – может ли человек волевым путем изменять их? Если не может, тогда они идут по собственной инициативе в связи с работой мозга и никак не могут явиться коммуникатором со внешней средой. Если же он сможет научиться управлять этими паттернами – это уже искусственное дело, потому что они были предназначены для совершенно других целей. Но если человек сможет искусственно регулировать свою электрическую активность – значит, это уже будет канал управления.

 

Джо Камийя, который сидит здесь, в центре, был первым, кто обнаружил возможность человека управлять ритмами мозга. Плохо ли, хорошо ли – но это было обнаружено в 1958 году. А в 1968 году была опубликована статья «Consciousness Control of the Brainwave»: понадобилось 10 лет, чтобы понять смысл этого открытия. Но сейчас мы уже знаем это, и здесь уже появляется логическая схема компьютерного интерфейса. Смотрите: психическое усилие вызывает какое-то специфическое изменение в энцефалограмме, это специфическое изменение подхватывается вычислительной системой – надо же как-то задетектировать, зарегистрировать, классифицировать, в конце концов, в какую-то отдельность, а уже тогда превратить в команду для внешнего исполнительного устройства. Человек видит результат своего труда вовне, он видит, получается ли это у него или нет – таким образом замыкается обратная связь, и фактически мы получаем полный круг обучения человека владению внешним объектом посредством изменения собственной электрической активности.

 

Проблема вот здесь: насколько дифференцированно человек может управлять электроэнцефалографическими паттернами? Надо учиться. Для этого существуют более разработанные схемы для декодирования, для использования совершенно разного рода классификаторов. Ключевое ядро этой системы – это все-таки классифицировать паттерны мозга, которые откликаются на те или иные желания, потребности. Например, простые потребности – я хочу повернуть колеса машинки вправо или влево, вперед или назад. Как расшифровать это? В конце концов, с той или иной долей ошибок это получается, для этого дела используются те или иные классификаторы, и детекция идет с каким-то количеством ошибок (например, 3%): хотел повернуть вправо, а получилось влево. Но для систем, которые только рождаются, это достаточно хорошо. В медицине это уже применяется для пациентов с поврежденной системой моторики, для парализованных людей (они уже владеют управлением кресла). А нам интересно это для здорового человека, потому что если идти в будущее, то надо прилаживать эти интерфейсы не тогда, когда уже будет подведена черта, а раньше.

 

Может ли здоровый человек научиться управлять машинкой? Мы делали лабиринты, в которых каталась машинка, она должна была правильно поворачивать. Всё это макетные экземпляры устройства, которое и регистрирует, и декодирует, и так далее. Здесь – управление машинкой, которое оказывается возможным. Юридически мы не работаем с детьми, но один из моих аспирантов взял систему домой. Мы сделали игру, где пазл собирается с помощью такого управления. И вот на этой картинке – дети, которые ловко собирают пазлы, а справа, где картинка разрезана на случайные единички, находится уже почти собранный тигр. Оказывается, в семь лет человек научается делать это за три минуты. А здесь видно, как это увлекательно, что это не насилие над личностью, а становится завлекательной задачей. Когда человек видит, что действие происходит силой мысли, – это особое ощущение, потому что оно не было дано нам природой. Мы работали руками, а здесь – сила мысли. В детском возрасте это выглядит наиболее органично. Все это – уже работающие через нейроинтерфейс технологии.

 

Еще одна технология, которая здесь принципиальна. Видите ли, все эти системы требуют фокусирования внимания, ангажированности нашего сознания – мы уже не можем отвлечься на какие-то другие дела, а должны работать с этим каналом интерфейса. Можем ли мы делать это неосознаваемым путем? Мы соединили три показателя электрической активности мозга (опубликована статья, подробности на моем сайте) с движками драйвера RGB-монитора (красный, зеленый, синий). Мы знаем, что по крайней мере половина психологов утверждает, что у человека есть определенные предпочтения цвета. Мозг соединен, а испытуемый не знал об этом. Но даже если человек не знает, что может управлять экраном монитора, мозг уже соединен – начнет ли он операции управления этим монитором помимо сознания, если ему предпочтительнее какой-то цвет? Он сделал все прекрасно. 15 строк – это 15 испытуемых, вот столбик – это RGB-коды до включения связи с монитором, а здесь связь включена: многие испытуемые начали стабилизировать какой-то цвет на экране, а когда выключили – опять исчезло. То есть мозг договаривается с внешней средой уже без контроля сознания – это отдельный эффект.

 

Эта наша статья была опубликована уже давно, здесь как раз тот случай, о котором говорил Давид Израилевич Дубровский: если показывать человеку фильм, то можно примерно декодировать то, что он видит, по картам магнитно-резонансной томографии. У меня есть некоторая критика этих данных, она заключается в том, что люди, часто не прочитав эту статью, создают большие ожидания о том, что это подсматриваются образы. Нет, если посмотрите статью, это никакой не подсмотр образов, а просто некоторые корреляции: когда слишком светлое пятно – одна томографическая картина, слишком темное пятно – другая томографическая картина, и на основе синтеза многих таких предъявлений получаются некоторые пятна на экране. Кое-что можно подсмотреть – но не образы.

 

К сожалению, демонстрируется не девушка, а только заставка для фильма – как раз тот самый антропоморфный робот, который пропагандируется в фильме «Суррогаты». Здесь – кусочек из этого фильма, где опять ставится та проблема, с которой я начал это выступление: подойдет ли это человеку? Мое личное мнение таково, что если мы говорим о перспективе в 200–300 лет, то это вполне нормальная перспектива для жизни личности. Мы сможем сделать такие интерфейсные системы для антропоморфных роботов, чем дадим выбор человеку, когда наступит соответствующая ситуация: жить ли в таком виде, когда к телу подключено много-много датчиков, поправляют все параметры (пульс, давление, сердце). В таком виде тоже можно жить в свое удовольствие, и не только, таким же образом можно и работать, оставив работу мозга.

Спасибо за внимание.


Новости
07.06.2012
В Москве в рамках Конгресса Global Future 2045, который состоялся в феврале 2012 года, прошел круглый стол «Диалог конфессий».
21.02.2012
Конгресс “Глобальное будущее 2045” после трех дней пленарных заседаний завершился 20 февраля круглым столом, посвященным формированию…
20.02.2012
В дни проведения международного конгресса Global Future 2045 в Москве, Министерство обороны США и Агентство передовых оборонных…
20.02.2012
Александр Болонкин, астрофизик, старший научный сотрудник NASA, обратился к руководству и участникам международного конгресса «Глобальное…
19.02.2012
Манифест Барри Родрига на конгрессе GF2045: "Будущее – это измерение, к которому стремятся все формы жизни".