Не за горами то время, когда человек сможет управлять сложными устройствами одной лишь силой мысли.
Диковинные устройства, некогда описанные писателями-фантастами, входят в нашу повседневную жизнь. Темпы научно-технического прогресса ускоряются, и сценаристы фантастических фильмов иногда просто не поспевают за достижениями ученых. Возможно, не все знают, что управление устройствами силой мысли — уже не фантастика. Руководитель лаборатории нейрофизиологии и нейрокомпьютерных интерфейсов МГУ Александр Каплан получил грант в Сколково и уже разрабатывает систему, которая позволит людям мыслью управлять роботами, компьютерами и высокоинтеллектуальными протезами.
ПРОФИЛЬ: Трудно ли научить компьютер понимать мысли человека?
Каплан: Наша лаборатория занимается тем, что ищет способы непосредственной коммуникации человеческого мозга с компьютером и с любым другим внешним устройством. Но давайте сразу внесем ясность. Передать компьютеру мысль или считать ее каким-то устройством невозможно. По крайней мере до тех пор, пока не появятся технологии, способные регистрировать столь тонкие и одновременно сложные материи. Мы пока научились только регистрировать электромагнитные импульсы, исходящие от клеток головного мозга. Совокупность этих импульсов формирует некий сигнал, код, если хотите, который и поступает на компьютер.
ПРОФИЛЬ: Как это выглядит на практике?
Каплан: Главным методом в исследовании работы мозга была и остается электроэнцефалография — методика регистрации отголосков электрических импульсов, на которых построена работа мозга. Датчики устанавливаются непосредственно на голову испытуемого. Они улавливают электрические импульсы, исходящие от клеток мозга, прибор многократно их усиливает, преобразовывает в цифровой код и передает на компьютер. Дальше уже начинается обработка этих данных, их анализ и т.д. Мы развили этот метод, дошли до весьма тонких параметров работы мозга и в какой-то момент решили использовать электроэнцефалографию не для диагностики состояний, а для того, чтобы связать мозг с внешним исполнительным устройством.
ПРОФИЛЬ: Как пульт для телевизора?
Каплан: Если упрощенно, то да. Предположим, мы выявили какой-то параметр работы мозга, какой-то электрический импульс на определенной частоте и связали его с управлением телевизором. Если этот параметр будет превышать установленный нами численный порог — телевизор будет включаться. Если он будет ниже — телевизор выключится. Вот получилась прямая передача команды от мозга на исполнительное устройство. Механизм есть. Если человек научится произвольно изменять этот показатель электрической активности мозга, значит, он силой одного своего намерения сможет включить и выключить какой-то прибор.
ПРОФИЛЬ: Так просто?
Каплан: Не просто. Природа вообще-то не приспосабливала человеческий мозг для включения телевизора. Миллионы лет эволюции ушли на то, чтобы приспособить мозг управлять мышцами и внутренними органами. А мы пытаемся за короткий срок научить мозг использовать эти механизмы для выполнения совершенно иных функций. Задача крайне сложная, но выполнимая. Еще пятьдесят лет назад американцы доказали способность человека произвольно менять показания энцефалограммы, но тогда эти исследования дальнейшего развития не получили. Главная сложность заключается в том, что мы не можем с высокой достоверностью сказать, с каким именно процессом связаны регистрируемые нами параметры работы мозга. Предположим, мы зафиксировали всплеск электрической активности на энцефалограмме и связали его, скажем, с включением лампочки. Но как заставить мозг повторить этот сигнал? Для начала надо его идентифицировать, понять, почему он возник, в ответ на что. То ли испытуемый в этот момент решил двинуть головой, то ли он проголодался, и у него начал выделяться желудочный сок. Однако упорная работа приносит свои плоды. С большим или меньшим успехом люди приспосабливаются к такой работе, учатся управлять простыми механизмами вроде инвалидного кресла. Простые команды "вперед", "назад", "вправо", "влево" — это уже не проблема.
ПРОФИЛЬ: Когда мы научимся передавать окружающим свои мысли?
Каплан: Это большая и важная задача. Ее решение даст новые возможности людям, которые в силу разных причин не могут нормально общаться с окружающим миром. Увы, читать и расшифровывать мысли мы пока не можем, но это не означает, что мы не можем их передавать. Мы научились на основе нашего интерфейса создавать текстовые сообщения.
ПРОФИЛЬ: Как быстро можно набирать текст таким способом?
Каплан: Мы доработали алгоритмы расшифровки реакций мозга и создали на сегодняшний день самый быстрый в мире интерфейс — 15 букв в минуту. Пока немного, но, я повторяю, для человека, который еще вчера вообще не мог ничего сообщить окружающим, несколько слов в минуту — это прорыв. Медицина, кстати, первая дала денег на эти разработки. Только в США насчитывается порядка 400 тысяч таких больных, чей мозг находится в полном сознании, но они даже моргнуть не могут, чтобы как-то обозначить свою реакцию.
ПРОФИЛЬ: Вы работаете с системой регистрации движения глаза?
Каплан: Да. У нас есть работы по совмещению этих технологий. Такая гибридная система мозг-глаз-компьютер более динамична и дает хорошие результаты при наборе текстов. Когда сигнал от мозга подтверждается положением глаза, который фиксируется на нужной букве, увеличивается надежность такой системы. Но сами по себе глазодвигательные системы не вполне надежны ввиду своей самостоятельности. Глаз находится в постоянном движении, анализируя окружающее пространство. Мы легко можем регистрировать его движения, но сложность состоит в том, чтобы догадаться, попал ли глаз в область контрольного символа, потому что человек этого захотел, или глаз оказался там случайно, сканируя пространство.
ПРОФИЛЬ: Как давно вы занимаетесь темой интерфейса мозг-компьютер?
Каплан: Первую работу мы опубликовали в 2005 году, но очень долго не могли найти финансирование под эту тематику. В России это считали чем-то вроде забавы. В итоге лабораторию мне дали в Южной Корее. Там я сделал игрушечный автомобильчик, полностью управляемый командами головного мозга. Это, конечно, была наиболее простая задача, но даже она потребовала создания новых методик. В основном в области того, как обучить мозг подавать правильные команды.
ПРОФИЛЬ: И как учат мозг?
Каплан: Методом проб и ошибок. Мозг постоянно анализирует все, что происходит вокруг, и фиксирует те реакции, на которые настроена мотивация человека. Предположим, что за поворот направо будет отвечать альфа-ритм мозга, а налево — бета-ритм. Эти ритмы изменяются постоянно, и рано или поздно альфа-ритм превысит установленный нами порог — и машинка повернет. Если человек в этот момент действительно был мотивирован к тому, чтобы повернуть машинку именно направо, то мозг зафиксирует, что повышение альфа-ритма приводит к повороту направо, и в следующий раз необходимая реакция пройдет быстрее. И так далее. Если брать аналогии с компьютером, то мозг — это процессор, которому нужна специальная программа-драйвер, чтобы управлять дисководом. В процессе эволюции природа снабдила мозг такими драйверами для управления мышцами, а нам теперь надо найти ему драйверы для взаимодействия с компьютером.
ПРОФИЛЬ: Вы получили грант в Сколково. Чем именно вы там занимаетесь?
Каплан: Это конкретный, прагматичный проект. Мы хотим получить управление кистью руки. Создать протез кисти. Сделать движения этого протеза более развитыми: захваты, повороты, прижимания и пр. Это большое достижение для инвалидов. Представьте такое несложное, казалось бы, движение, как поворот ключа в замке. А это комбинация нескольких типов движения.
ПРОФИЛЬ: Когда вы собираетесь его представить?
Каплан: Первый образец управляемого от мозга манипулятора мы сдадим к концу этого года. Мы сейчас отрабатываем на нем первые алгоритмы. А действующую модель кисти мы должны сделать уже через год. Техническое изготовление такого протеза не проблема. Есть современные технологии и материалы. Но как им управлять? Вот тут и есть применение для нашего интерфейса. Но это непросто. Важно проработать координацию — чтобы захват происходил именно в тот момент, когда вы подносите руку к тому предмету, который хотите взять.
ПРОФИЛЬ: Каковы перспективы у этого направления исследований?
Каплан: Самые широкие. Мы сейчас начинаем совместные исследования на базе одного медицинского центра, где будем работать с больными, перенесшими инсульт. Наш интерфейс мы будем использовать не только для того, чтобы облегчить этим людям коммуникацию с окружающими. Мы хотим изучить его восстановительные возможности. Использовать его именно как тренажер для мозга, чтобы активировать его, запустить процессы восстановления. Но дело не только в практическом использовании этих технологий, хотя уже сегодня они могут заметно облегчить человеку выполнение ряда задач. Я рассматриваю непосредственное взаимодействие мозга и компьютера и как теоретическую парадигму. Мы ставим мозг в совершенно новые отношения с природой. Мы даем ему возможность сообщаться с этой природой без посредства нервов и мышц. Это мощный информационный орган. Мы не представляем пока, насколько он раскроет свой потенциал. Что нужно, чтобы стимулировать мозг на такую работу, — это сейчас основной вопрос, который перед нами стоит. Мы пока в самом начале пути.
ПРОФИЛЬ: А что мы получим в конце этого пути?
Каплан: Возможно, в обозримом будущем эти технологии дадут нам манипуляторы и аппаратные комплексы, способные полностью взять на себя физические функции человека. Если же смотреть в отдаленное будущее, то исходить надо из того, что мир вокруг нас все больше наполняется цифровыми технологиями. Уже сегодня весь быт, окружающий жителя современного города, подчинен цифровым технологиям. Информационные, справочные и коммерческие системы становятся цифровыми. Мы все чаще заказываем товары в интернет-магазинах, а билеты в театр и на самолет покупаем онлайн. Все чаще мы маркируем определенные товары и услуги, присваивая им цифровые, графические и прочие коды. Это открывает новые перспективы для мозга в сфере контакта с цифровым миром. Тут не нужны мышцы и физические действия. Команды от мозга могут поступать напрямую к цифровым устройствам. То, что сегодня мы делаем, набирая условные коды на клавиатурах устройств, в будущем будет происходить намного быстрее и проще. Мозг напрямую передаст условный код какого-то действия на цифровое устройство. Представьте: вы пришли домой — и все устройства вашего дома начинают работать, управляемые сигналами мозга. Свет включается на ту яркость, которая нужна вам именно в этот момент. Телевизор показывает именно ту программу, которую вы хотите сейчас посмотреть. Ванна наполняется водой нужной вам температуры, а компьютер передает заказ в службу доставки, потому что вы вспомнили, что у вас нет ничего на ужин.
ПРОФИЛЬ: Нужно ли это человеку?
Каплан: Почему нет? Конечно, сейчас мы вполне можем без этого обойтись. Так же как сто лет назад обходились без стиральных и посудомоечных машин. Но кто сегодня скажет, что "посудомойка" или микроволновка — никчемные излишества? Появление новых технологий — это еще одна степень свободы для человека. Технологии сделают то, чего не сделала эволюция.
ПРОФИЛЬ: Как глубоко могут проникнуть эти нейрокомпьютерные технологии в жизнь человека?
Каплан: Думаю, что определенный предел все же есть. Мы не фантасты. Мы рассуждаем о глобальных перспективах, основываясь на таких технологических решениях, которые уже имеем или появление которых можем прогнозировать в обозримом будущем. По этой причине мы не говорим всерьез о возможности чтения мыслей. С научной точки зрения это невозможно. Так же и с нейрокомпьютерными технологиями. Думаю, человек не допустит их туда, где речь идет об управлении информационными системами стратегического значения: энергетические установки, военная техника и т.д. По крайней мере до тех пор, пока не появятся технологии, позволяющие добиться от мозга быстрого и надежного управления цифровой системой. Пока мы не располагаем такими технологиями, и в ближайшие десятилетия они вряд ли появятся.
ПРОФИЛЬ: Но ведь это вопрос времени.
Каплан: Да. Потенциал нашего мозга может превышать наши самые смелые ожидания, и в отдаленной перспективе возможны самые революционные изменения. Но захочет ли человек отдать все на управление нейрокомпьютерной системе, остаться не у дел, приковав свое тело к дивану? Тут, правда, может возникнуть некоторое разделение человеческой популяции на иждивенцев и деятелей. Первые будут задействовать нейроуправляемые системы по максимуму, а вторые оставят часть работы для своих мышц.