100 великих загадок современной медицины - Александр Викторович Волков
Вмешательство в мозг: насколько оно возможно?
Техника не стоит на месте. Человек всё теснее сращивается с машиной – с компьютером. Наше общение с ним принимает такие формы, о которых еще недавно мечтали только фантасты.
Многие тысячи людей во всем мире оказываются полностью парализованы вследствие несчастного случая или тяжелой болезни. Непоправимо? Нет!
Со временем широкое распространение получат нейропротезы – электронные микросхемы, которые возьмут на себя функции определенных участков мозга, чтобы помочь человеку восстановить контакт с окружающим его миром. Это смягчит последствия беды. Больной, прикованный к постели, станет теперь управлять компьютером и инвалидной коляской лишь одним усилием мысли. Это поможет ему вернуться к нормальной жизни. Перед ним вновь распахнется окно в мир. Он соединится с людьми.
Во многих лабораториях уже давно ведутся эксперименты по подключению мозга подопытных животных или добровольцев к компьютеру. Цель: заставить машину повиноваться мыслям человека. Ученые, занятые исследованием мозга, уверены в том, что к нему можно подобрать ключи, если научиться следить за активностью нервных клеток и правильно истолковывать поступающие сигналы.
Выделяются два способа подслушать то, что немо вспыхивает и гаснет в глубине мозга. Первый – расположить «микрофоны» непосредственно под сводом черепа. Для этого в моторной зоне коры мозга – той его части, что отвечает за движения человека, – размещают миниатюрные электроды. Они фиксируют биотоки (биоэлектрические потенциалы) мозга, те импульсы, с помощью которых люди командуют своим телом, а затем эти импульсы преобразуются в электрические сигналы, которые управляют компьютером или рукой робота. Такая технология может значительно облегчить жизнь людям, перенесшим инсульт, попавшим в тяжелую автокатастрофу или страдающим от нейродегенеративного заболевания.
В 2006 году журнал «Nature» вынес на обложку очередного номера портрет 26-летнего американца Мэттью Нэгла, самого знаменитого «киборга» мира. После полученного удара ножом тот сохранил способность лишь шевелить головой. Согласившись участвовать в эксперименте, проводимом университетом Брауна, он разрешил имплантировать себе в зону моторной коры мозга микросхему размером 4 на 4 миллиметра. Сигналы передавались по кабелям, выведенным наружу и присоединенным к компьютеру. Пациент прожил с этим устройством более девяти месяцев (в июле 2007 года он скончался из-за сепсиса).
С помощью мысленных команд Нэгл научился перемещать курсор компьютера, открывал электронную почту, включал телевизор, разжимал и смыкал захват механической руки и играл в простые компьютерные игры. Машина четко выявляла противоречия и недостатки нашего мышления. Так, мало подумать «повернуть влево», чтобы курсор последовал этому вербальному призыву. Компьютер ждет от человека реального, ощутимого намерения. Нужно мысленно пошевелить левой рукой, согнуть ее пальцы, напрячь мышцы, чувствовать, как компьютерная мышь прижимается к руке. Так что от одной мысли о «левой руке» курсор еще неизвестно куда перемахнет – может быть, вправо, если вы, отдавая словесный приказ, невольно взглянули, например, на свою правую ногу и бессознательно, не отдавая себе отчета, представили, как она шевельнулась.
Недостаток самого эксперимента, в котором участвовал Нэгл, очевиден, ведь все эти месяцы в голове пациента зияло отверстие, через которое выводились наружу кабели. Всё это время в его мозг слишком легко могла попасть инфекция…
Более перспективна другая «машина для чтения мыслей». Электроды крепятся к голове человека и непрерывно фиксируют биоэлектрическую активность мозга. Уже в первых экспериментах – после тренировок, длившихся порой месяцами, – их участники привыкали перемещать курсор компьютера одним напряжением мысли и могли даже общаться по Интернету, выбирая буквы и складывая из них слова.
В 2014 году удалось передать от одного человека к другому закодированные в цифровой форме биотоки мозга
Сейчас, по прошествии нескольких лет, эта технология шагнула далеко вперед. Известия о всё новых успешных опытах по «телепатическому» (мысленному) управлению самыми разными приборами регулярно приходят из научных лабораторий. Вот некоторые любопытные сообщения.
Исследователи из Политехнической школы Лозанны разработали модель инвалидной коляски, которая управляется одним усилием мысли. Электроды, закрепленные на голове человека с помощью шапочки, фиксируют биоэлектрическую активность мозга. Сейчас коляска различает две команды: «Налево!» и «Направо!», поворачивая в нужном направлении. Видеокамеры и сенсоры, которыми она оснащена, распознают препятствия, встретившиеся на пути. В лаборатории она передвигается уверенно, но до массового применения таких колясок пока еще далеко.
В начале 2010-х годов исследователи из Свободного университета (Берлин) провели испытание автомобиля, управляемого лишь силой мысли. «Во время тестовых заездов водитель, оснащенный сенсорами, которые фиксировали биоэлектрическую активность его мозга, мог без особых проблем контролировать автомобиль – разве что машина с небольшим запозданием отзывалась на мысленно отданные команды», – подытожил эксперимент его руководитель, профессор Рауль Рохас.
Ученые из университета Карнеги-Меллон (США) оснастили спортивный велосипед механизмом, позволяющим мысленно переключать передачи вместо того, чтобы делать это вручную. Такое изобретение выходит далеко за рамки медицины. Почему бы не применять эту технологию везде, где надо отвлекаться на то, чтобы что-то переключать руками?
В 2013 году ученые из Миннесотского университета доказали, что при помощи мысли можно управлять даже летательными аппаратами. Во время опыта модель вертолета, следуя мысленным командам, поворачивала направо и налево, а еще набирала высоту или прижималась к земле.
Годом позже их коллеги из Мюнхенского технического университета успешно применили этот метод при занятиях на авиационном тренажере (симуляторе воздушных полетов). Отдавая мысленные команды, они с поразительной уверенностью управляли приборами в кабине пилота. Точность действий некоторых из семи добровольцев была так высока, что, если бы они сдавали экзамен на управление летными средствами, они бы его сдали. Курс самолета они выдерживали строго. Так, один из испытуемых отклонялся от него не более чем на 10 градусов. Столь же успешно им удавалось посадить самолет. Если подобная система приживется, считает руководитель проекта Тим Фрике, «это значительно упростит работу летчиков… и повысит безопасность полетов».
Похоже, если XIX век был временем величайших достижений исторической лингвистики, научившей нас понимать мертвые, казалось бы, языки многих древних культур, то век XXI может стать временем нейролингвистики – мы научимся понимать язык нервных клеток мозга, вроде бы такой же недоступный нашему разумению, как и наречия вавилонян или египтян. Скрытое навеки в глубинах мозга понемногу открывается исследователям, как предстало перед ними то, что было как будто утеряно навсегда в дали времен.
Уже сейчас ученые убеждены, что лучший в природе компьютер – «живую машину мозга» – можно переналаживать и обновлять, используя ее потаенные ресурсы ради спасения людей, лишенных возможности общаться с внешним миром. Чем еще удивят нас вести из лабораторий? Даже в самых безнадежных ситуациях
