Разработки США в области нейроинтерфейсов

Если нейроинтерфейсы обладают возможностью считывать мысли человека, то в будущем правительства могут заинтересоваться этой технологией для проведения расследований и дознаний

Фото: Ned T. Sahin / nedsahin.com

В какой-то момент стало ясно, что человек, оснащенный интерфейсом, соединяющим его мозг с компьютером, может посылать сигналы мозга куда угодно – в соседнюю комнату или на Луну. Он сможет управлять курсором мышки или искусственной рукой, симулятором полетов или реальным самолетом. Несмотря на фантастичность таких предположений, разработки в этой области ведутся давно и активно, а некоторые прообразы таких интерфейсов уже стали реальностью. Например, люди с ампутированными конечностями, могут вновь осязать, используя протезы, контролируемые мозгом.

Если мысли, чувства и другая ментальная активность не более чем электрохимические сигналы, могут ли подобные устройства, применяемые не в медицинских целях здоровыми людьми, расширить возможности самого мозга?

В конце августа этого года Илон Маск провел онлайн-демонстрацию достижений компании Neuralink, приобретенной им в 2016 году и разрабатывающей интерфейс типа «мозг-компьютер». Компактный круглый девайс, имплантированный в мозг свиньи Гертруды, по заявлению предпринимателя, передает сигналы в реальном времени с помощью крохотных «нитей», которые тоньше волоса в десять раз. Согласно прошлогодней презентации компании, устройство было протестировано на 19 различных животных с коэффициентом успеха 87%.

Несмотря на то что Маск позиционирует это событие как демонстрацию, по всей вероятности, уже готового продукта, Neuralink еще предстоит провести клинические тесты на людях. В компании утверждают, что FDA (Управление по контролю качеством продуктов и лекарств США) присвоило устройству статус «прорывного», что может ускорить процесс.

Естественно, Маск не единственная крупная фигура, кто пытается занять перспективную футуристическую нишу – создать симбиоз между человеком и искусственным интеллектом. Facebook еще в 2017 году объявил о начале работы над устройством, которое поможет людям печатать текст с помощью мысли, и прошлогоднее исследование, спонсированное компанией, показало, что это возможно. В 2019 году компания приобрела нью-йоркский стартап CTRL-Labs, который разрабатывает технологию, позволяющую контролировать электронику с помощью повязки на запястье. Предполагается, что сумма сделки составила от $500 млн до $1 млрд.

В начале 2020 года консалтинговая компания Grand View Research опубликовала анализ, который показывает, что к 2022 году объем глобального рынка нейроинтерфейсов превысит $1,7 млрд. В Швейцарии еще семь лет назад был запущен международный проект The Human Brain Project, направленный на создание первой в мире модели человеческого мозга с помощью компьютеров. Сегодня же разработкой нейроинтерфейсов занимаются ученые по всему миру, от Германии до Японии.

Основная область применения нейроинтерфейсов – медицина (Emotive, NeuroPlus). Проявляют к ним интерес и развлекательная индустрия (NeuroSky), и автопроизводители (Nissan). Но чаще всего подобные исследования спонсируют, как указывает исследовательская компания RAND, военные – это, например, Исследовательские лаборатории армии и ВВС США, а также Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны (DARPA). Делают они это давно – уже более 50 лет. Только в 2017 году DARPA выделило $65 млн на поддержку шести академических групп, которые работают над разными задачами, но в результате должны произвести на свет крохотное устройство двусторонней связи мозга с компьютером.

Фото: Stanford University Neural Prosthetics Translational Laboratory

Путь к мозгу ⁠и обратно

Типы ⁠нейроинтерфейсов (brain computer interface) различаются по способам их взаимодействия: однонаправленные либо принимают сигналы от мозга, либо посылают ему сигналы; в двунаправленных поток информации идет в обе стороны.

В активных нейроинтерфейсах пользователь инициирует команды, воображая какое-либо действие (они ⁠активно используются в медицине для реабилитации ⁠пациентов, переживших инсульт, помогают передвигаться людям с ограниченными возможностями). В ⁠реактивных команда инициируется в ответ на ⁠внешнее воздействие системы. В пассивных же система просто считывает ⁠и анализирует состояние пользователя.

По способу получения сигнала нейроинтерфейсы разделяются на инвазивные и неинвазивные. Первые подразумевают вживление импланта в череп, физическое соединение с мозгом или мышечными тканями, вторые – это всевозможные шапочки и накладки на голову. Они основаны на принципе анализа ЭЭГ мозга и являются более предпочтительным методом: несмотря на то, что инвазивные обеспечивают более надежное соединение с мозгом, они могут представлять угрозу для здоровья.

Здесь начинаются первые препятствия на пути соединения человека с компьютером – технические. Действительно, работающий неинвазивный или минимально инвазивный нейроинтерфейс необходимо сделать как можно меньшего размера, как можно более гибким и как можно более биологически совместимым (с живыми тканями).

Стимулировать и считывать активность мозга – то есть зафиксировать намерение в центральной нервной системе и одновременно передать его по периферической нервной системе – «непростая задача, поскольку нервные сигналы очень слабые», – утверждает Рикки Мюллер, доцент кафедры электроинженерии и компьютерных наук Калифорнийского университета в Беркли.

Лишь несколькими методами, по ее оценке, можно собрать большое количество информации из мозга достаточно быстро, чтобы управлять подключенными к нему устройствами – будь то роборука, симулятор полетов или дроны. Чем больше информации собирается, тем медленнее получаются действия, а чем быстрее действия, тем меньше данных получается собрать.

Мюллер указывает и на прочие проблемы. «Очень сложно добиться высокой пропускной способности в беспроводных устройствах, потому что на это требуется энергия, которой у вас может не быть, если вы работаете с системой с ограниченным уровнем энергии, какую представляет собой человеческое тело», – говорит она.

Этика и мораль – в голове

Именно такого устройства – неинвазивного, более мощного и чувствительного, чем имеющиеся сегодня образцы, – ожидают от своих подрядчиков в Управлении DARPA. «По мере увлечения военными ИИ для взаимодействия человека с более продвинутыми системами им уже мало мышки и клавиатуры», – говорит Эл Эмонди, программный менеджер проекта N3 (Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology, осуществляется Отделом биологических технологий DARPA), в рамках которого выделяются сотни миллионов долларов научным группам, занимающимся разработкой неинвазивных интерфейсов. В их числе – Лаборатория прикладной физики при Университете Джонса Хопкинса, основанная в 1942 году и подарившая военным США ракеты «земля-воздух», «Томагавки», а также спутниковую навигационную систему, прообраз GPS.

В своем отчете, опубликованном в конце августа, группа RAND особо подчеркивает необходимость регулирования использования нейроинтерфейсов в военной сфере, где технология особо уязвима для взлома. А она, по мнению Марчелло Йенца, старшего исследователя из Швейцарской высшей технической школы Цюриха, уязвима по определению – «если что-то находится в компьютере, это можно хакнуть».

Фото: Battelle

Йенца также полагает, что если нейроинтерфейсы обладают возможностью считывать мысли человека, то в будущем правительства могут заинтересоваться этой технологией для проведения расследований и дознаний. Кроме того, привилегированные группы граждан могут использовать неинвазивные интерфейсы для улучшения своих возможностей, усиливая имеющееся неравенство.

Существуют и юридические вопросы. Может ли полиция заставить человека надеть такой нейроинтерфейс? А если у них есть ордер на подключение мозга к компьютеру? И можно ли будет удалить свои потаенные и нетолерантные мысли из компьютера после пользования интерфейсом? В этой сфере, по замечанию автора материала в Vox, нам могут понадобиться дополнительные «нейроправа».

Взгляд в послезавтра

Конечно, все это вопросы даже не завтрашнего, а послезавтрашнего дня. По мнению Эндрю Джексона, профессора Ньюкаслского университета, десятилетия исследований показали, что мозг не выдает свои секреты легко и будет сопротивляться еще долгое время. Биомиметическое декодирование, лежащее в основе всех нейроинтерфейсов, способно справляться с простыми движениями, но сможет ли оно перенести это на более сложные ментальные процессы даже с помощью ИИ (на помощь которого очень надеется Маск)?

Впрочем, по мнению других ученых, положение дел в сфере значительно улучшилось за последние десятилетия. Бин Хэ, глава отдела биоинженерии Университета Карнеги – Меллона, в прошлом году разработал неинвазивный нейроинтерфейс, способный безотрывно отслеживать компьютерный курсор на экране без заметных задержек.

Он рассказывает, что когда только начал работать с ЭЭГ в плане декодирования намерений человека, то относился к этому со скепсисом, а сегодня его лаборатория способна делать то, что было немыслимо еще 10–20 лет назад. «Эта область заметно развилась. Множество вещей, которые представлялись людям невозможными, происходят уже сегодня», – говорит он.

Последние несколько лет нейротехнологии переживают взрывной подъем – развиваются нейронауки, нейрохирургия, микроэлектроника. Компьютеры стали достаточно быстрыми, чтобы обрабатывать эту информацию и переводить ее в понятную команду для компьютерного курсора, роборуки и симулятора полетов.

Джек Галлант, профессор психологии Калифорнийского университета в Беркли и ведущий эксперт в когнитивной нейробиологии, считает, что надеваемый на голову девайс, способный декодировать наши мысли, появится еще нескоро, но наука не стоит на месте. «Фундаментальных физических препятствий для разработки неинвазивного нейроинтерфейса нет. Это лишь вопрос времени», – полагает он.

Андрей Сорокин