Точно както древните гърци фантазираха за извисяващ се полет, така и днешните въображения мечтаят да смесят умовете и машините като средство за досаден проблем с човешката смъртност. Може ли умът да се свърже директно с изкуствения интелект, роботи и други умове чрез технологиите мозък-компютърни интерфейси (BCI), за да преодолее нашите човешки ограничения?
Свързано съдържание
- Как първата американска машина за добавяне е свързана с „Голия обяд“
През последните 50 години изследователи от университетски лаборатории и компании по света постигнаха впечатляващ напредък към постигането на подобна визия. Наскоро успешни предприемачи като Елон Мъск (Neuralink) и Брайън Джонсън (Kernel) обявиха нови стартъпи, които се стремят да подобрят човешките възможности чрез взаимодействие между мозък и компютър.
Доколко всъщност сме близо до успешното свързване на мозъка ни с нашите технологии? И какви могат да бъдат последиците, когато умът ни е включен?
Произход: Рехабилитация и реставрация
Eb Fetz, изследовател тук в Центъра за сензормоторна нервна инженерия (CSNE), е един от най-ранните пионери за свързване на машини с умовете. През 1969 г., преди да има дори лични компютри, той показа, че маймуните могат да усилват мозъчните си сигнали, за да контролират игла, която се движи на циферблат.
Голяма част от скорошната работа по BCI има за цел да подобри качеството на живот на хората, които са парализирани или имат тежки двигателни увреждания. Може би сте виждали някои скорошни постижения в новините: Изследователите от университета в Питсбърг използват сигнали, записани вътре в мозъка, за да контролират роботизирана ръка. Изследователите от Станфорд могат да извлекат намеренията за движение на парализирани пациенти от мозъчните им сигнали, което им позволява да използват таблет безжично.
По подобен начин някои ограничени виртуални усещания могат да бъдат изпращани обратно в мозъка, като доставят електрически ток вътре в мозъка или до мозъчната повърхност.
Ами нашите основни сетива и зрение и звук? Много ранни версии на бионични очи за хора с тежко увреждане на зрението са внедрени в търговската мрежа, а в момента подобрените версии са подложени на човешки изпитания. Кохлеарните импланти, от друга страна, са се превърнали в един от най-успешните и най-разпространени бионични импланти - над 300 000 потребители по света използват имплантите, за да чуят.
Двупосочен интерфейс мозък-компютър (BBCI) може едновременно да записва сигнали от мозъка и да изпраща информация обратно в мозъка чрез стимулация. (Център за сензормоторна невронна техника (CSNE), CC BY-ND) Най-сложните BCI са „двупосочни“ BCI (BBCI), които могат да записват и стимулират нервната система. В нашия център изследваме BBCI като нов радикален инструмент за рехабилитация при удар и гръбначен мозък. Показахме, че BBCI може да се използва за укрепване на връзките между два мозъчни участъка или между мозъка и гръбначния мозък и пренасочване на информация около зона на нараняване, за да реанимира парализиран крайник.
С всички тези успехи до този момент, може да мислите, че интерфейсът мозък-компютър е готов да бъде следващото задължително потребителско приспособление.
Още ранни дни
Електрокортикографската решетка, използвана за откриване на електрически промени на повърхността на мозъка, се тества за електрически характеристики. (Център за сензормоторна невронна техника, CC BY-ND) Но внимателният поглед върху някои от настоящите демонстрации на BCI разкрива, че все още имаме начин: Когато BCI произвеждат движения, те са много по-бавни, по-малко прецизни и по-малко сложни от това, което дееспособните хора правят лесно всеки ден с крайниците си. Бионичните очи предлагат много ниска резолюция; кохлеарните импланти могат електронно да носят ограничена речева информация, но да изкривят музиката. И за да работят всички тези технологии, електродите трябва да бъдат имплантирани хирургически - перспектива, която повечето хора днес не биха помислили.
Не всички BCI обаче са инвазивни. Неинвазивни BCI, които не изискват операция, съществуват; те обикновено се основават на електрически (EEG) записи от скалпа и са били използвани за демонстриране на контрол над курсори, инвалидни колички, роботизирани оръжия, дронове, хуманоидни роботи и дори комуникация между мозъка и мозъка.
Но всички тези демонстрации са били в лабораторията - където стаите са тихи, тестовите лица не са разсеяни, техническата настройка е дълга и методична, а експериментите продължават само достатъчно дълго, за да покажат, че е възможна концепция. Оказа се много трудно да се направят тези системи достатъчно бързи и здрави, за да бъдат практически полезни в реалния свят.
Дори при имплантираните електроди друг проблем с опитите да се чете умовете възниква от това как са структурирани мозъците ни. Знаем, че всеки неврон и техните хиляди свързани съседи образуват невъобразимо голяма и постоянно променяща се мрежа. Какво може да означава това за невроинженерите?
Представете си, че се опитвате да разберете разговор между голяма група приятели по сложна тема, но ви е позволено да слушате само един човек. Може да успеете да разберете много грубата тема за разговора, но определено не всички подробности и нюанси на цялата дискусия. Тъй като дори най-добрите им импланти ни позволяват да слушаме само няколко малки кръпки от мозъка наведнъж, можем да правим някои впечатляващи неща, но никъде не разбираме пълния разговор.
Има и това, което мислим за езикова бариера. Невроните комуникират помежду си чрез сложно взаимодействие на електрически сигнали и химични реакции. Този местен електрохимичен език може да се интерпретира с електрически вериги, но това не е лесно. По същия начин, когато говорим обратно към мозъка, използвайки електрическа стимулация, това е с тежък електрически „акцент“. Това затруднява невроните да разберат какво стимулирането се опитва да предаде в средата на всички останали продължаващи невронни действия.
И накрая, там е проблемът с щетите. Мозъчната тъкан е мека и гъвкава, докато повечето от нашите електропроводими материали - проводниците, които се свързват с мозъчната тъкан - са склонни да бъдат много твърди. Това означава, че имплантираната електроника често причинява белези и имунна реакция, което означава, че имплантите ще загубят ефективността си с течение на времето. Гъвкавите биосъвместими влакна и масиви в крайна сметка могат да помогнат в това отношение.
Съвместно адаптиране, съжителство
Въпреки всички тези предизвикателства, ние сме оптимисти за нашето бионично бъдеще. BCI не трябва да са перфектни. Мозъкът е удивително адаптивен и способен да се научи да използва BCI по начин, подобен на това как научаваме нови умения като шофиране на кола или използване на сензорен интерфейс. По същия начин мозъкът може да се научи да интерпретира нови видове сензорна информация, дори когато е доставен неинвазивно, използвайки например магнитни импулси.
В крайна сметка ние вярваме, че „съвместно адаптивният“ двупосочен BCI, при който електрониката се учи с мозъка и непрекъснато говори обратно в мозъка по време на процеса на обучение, може да се окаже необходима стъпка за изграждането на нервния мост. Изграждането на такива съвместими двупосочни BCI е целта на нашия център.
Подобно сме развълнувани от скорошните успехи в целенасоченото лечение на заболявания като диабет с помощта на „електропрепарати“ - експериментални малки импланти, които лекуват заболяване без лекарства, като предават команди директно на вътрешните органи.
И изследователите откриха нови начини за преодоляване на електрическата и биохимичната езикова бариера. Инжектируемата „невронна дантела“ например може да се окаже обещаващ начин постепенно да позволи на невроните да растат заедно с имплантираните електроди, а не да ги отхвърля. Гъвкавите сонди, базирани на nanowire, гъвкави невронови скелета и стъклени въглеродни интерфейси също могат да позволят на биологичните и технологичните компютри да съществуват щастливо в нашите тела в бъдеще.
От помощни до усилващи
Новият стартъп Neuralink на Elon Musk има поставената крайна цел да подобри хората с BCI, за да дадем на мозъка си крак в продължаващата надпревара между оръжия между човешкия и изкуствения интелект. Той се надява, че с възможността да се свързва с нашите технологии, човешкият мозък би могъл да подобри собствените си възможности - възможно е да ни позволи да избегнем потенциално дистопично бъдеще, където AI далеч надхвърли естествените човешки възможности. Подобна визия със сигурност може да изглежда далечна или фантастична, но не бива да отхвърляме идея само за странности. В края на краищата самоуправляващите се автомобили бяха изведени в сферата на научната фантастика още преди десетилетие и половина - и сега споделят нашите пътища.
ИЦП може да варира в различни измерения: независимо дали той взаимодейства с периферната нервна система (нерв) или с централната нервна система (мозъка), независимо дали е инвазивна или неинвазивна и дали помага за възстановяване на загубената функция или подобрява възможностите. (Джеймс Ву; адаптиран от Sakurambo, CC BY-SA) В по-близко бъдеще, тъй като интерфейсите между мозъка и компютъра преминават отвъд възстановяването на функцията на хората с увреждания към увеличаване на трудоспособни индивиди отвъд човешкия им капацитет, трябва да сме наясно с множество проблеми, свързани със съгласието, поверителността, идентичността, агенцията и неравенството, В нашия център екип от философи, клиницисти и инженери работи активно за справяне с тези етични, морални и социални справедливости и предлага невроетични насоки, преди полето да се развие твърде напред.
Свързването на нашия мозък директно с технологията може в крайна сметка да бъде естествен прогрес на начина, по който хората са се допълнили с технологиите през вековете, от използването на колела за преодоляване на нашите двупедални ограничения до правенето на нотации върху глинени таблети и хартия, за да увеличат нашите спомени. Подобно на компютрите, смартфоните и слушалките за виртуална реалност днес, разширяващите BCI, когато най-накрая пристигнат на потребителския пазар, ще бъдат вълнуващи, разочароващи, рисковани и в същото време изпълнени с много обещания.
Тази статия първоначално е публикувана в The Conversation.
Джеймс Ву, доктор на науките Студент по биоинженерство, изследовател в Центъра за сензормоторна невронна техника, Университет във Вашингтон
Rajesh PN Rao, професор по компютърни науки и инженерство и директор на Центъра за сензормоторна невронна техника, Университет във Вашингтон
